Новый класс пептидных токсинов открывает перспективы создания молекулярных инструментов для нейробиологии

Фото: PowerUp/FOTODOM/Shutterstock

Исследователи из Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и МФТИ описали уникальные по структуре и фармакологическим свойствам муринотоксины из яда паука Pterinochilus murinus. Новый класс пептидных токсинов открывает перспективы создания молекулярных инструментов для нейробиологии, а также лекарств для лечения болезней мозга.

Нормальное функционирование клеток невозможно без слаженной работы специальных переносчиков, каналов и насосов, которые обеспечивают мембранный транспорт. Например, нарушения в процессах переноса ионов через клеточную мембрану вызывают многие болезни, включая патологии сердца, мышц и мозга. Для нормализации этих процессов ученые-фармакологи заняты поиском специальных веществ, меняющих состояние белков-переносчиков и ионных каналов.

Особенно хорошо с этой задачей справляются природные токсины. Они избирательно и эффективно меняют работу ионных каналов (например, блокируют их).

Однако в лаборатории токсины могут быть превращены в терапевтические вещества для дальнейшего использования в медицине. Особый интерес здесь представляют именно пептиды — небольшие белки. Сильная сторона пептидных лекарств — высокая эффективность и избирательность на фоне низкой токсичности. Уже сейчас в мире одобрены к применению несколько десятков лекарств пептидной природы, свыше ста лекарств-кандидатов проходят клинические и несколько сотен — доклинические испытания. Над проблемой поиска таких перспективных соединений продолжают работать исследователи из МФТИ, ГНЦ ИБХ РАН и других российских исследовательских центров. Они уже изучили и описали эффекты целого ряда природных компонентов, выделенных из самых разных ядовитых организмов. На сей раз ученые обратили внимание на пептиды яда паука-птицееда Pterinochilus murinus, известного также как «оранжевая кусачая штучка» за свою окраску и агрессивное поведение.

Описанные в статье пептиды назвали муринотоксинами — в честь паука, в яде которого они были найдены. Интересной особенностью этих веществ стало то, что они работают не так, как ранее описанные токсины пауков, а по своему эффекту похожи на активные соединения из яда скорпионов. Помимо этого, муринотоксины имеют уникальную аминокислотную последовательность и пространственную структуру. Изучение механизма действия показало, что новые токсины блокируют работу определенной подгруппы калиевых каналов, физически нарушая прохождение ионов калия через эти мембранные белки.

«Ранее в лаборатории Нобелевского лауреата Родерика Маккиннона были охарактеризованы токсины пауков, воздействующие на потенциал-чувствительные домены некоторых калиевых каналов. Спустя 30 лет после этого открытия мы впервые обнаружили новый уникальный класс пептидов пауков, которые не только ингибируют калиевые каналы посредством альтернативного механизма, но и демонстрируют ранее не описанную пространственную организацию. Эти соединения являются поровыми блокаторами ключевых изоформ потенциал-чувствительных калиевых каналов центральной и периферической нервной системы, играющих важнейшую роль в нейропередаче и представляющих собой перспективные фармакологические мишени при таких состояниях, как эпилепсия», — прокомментировал Алексей Кузьменков, старший научный сотрудник лаборатории молекулярных инструментов для нейробиологии ГНЦ ИБХ РАН.

Фото: PowerUp/FOTODOM/Shutterstock

Исследователи из Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и МФТИ описали уникальные по структуре и фармакологическим свойствам муринотоксины из яда паука Pterinochilus murinus. Новый класс пептидных токсинов открывает перспективы создания молекулярных инструментов для нейробиологии, а также лекарств для лечения болезней мозга.

Нормальное функционирование клеток невозможно без слаженной работы специальных переносчиков, каналов и насосов, которые обеспечивают мембранный транспорт. Например, нарушения в процессах переноса ионов через клеточную мембрану вызывают многие болезни, включая патологии сердца, мышц и мозга. Для нормализации этих процессов ученые-фармакологи заняты поиском специальных веществ, меняющих состояние белков-переносчиков и ионных каналов.

Особенно хорошо с этой задачей справляются природные токсины. Они избирательно и эффективно меняют работу ионных каналов (например, блокируют их).

Однако в лаборатории токсины могут быть превращены в терапевтические вещества для дальнейшего использования в медицине. Особый интерес здесь представляют именно пептиды — небольшие белки. Сильная сторона пептидных лекарств — высокая эффективность и избирательность на фоне низкой токсичности. Уже сейчас в мире одобрены к применению несколько десятков лекарств пептидной природы, свыше ста лекарств-кандидатов проходят клинические и несколько сотен — доклинические испытания. Над проблемой поиска таких перспективных соединений продолжают работать исследователи из МФТИ, ГНЦ ИБХ РАН и других российских исследовательских центров. Они уже изучили и описали эффекты целого ряда природных компонентов, выделенных из самых разных ядовитых организмов. На сей раз ученые обратили внимание на пептиды яда паука-птицееда Pterinochilus murinus, известного также как «оранжевая кусачая штучка» за свою окраску и агрессивное поведение.

Описанные в статье пептиды назвали муринотоксинами — в честь паука, в яде которого они были найдены. Интересной особенностью этих веществ стало то, что они работают не так, как ранее описанные токсины пауков, а по своему эффекту похожи на активные соединения из яда скорпионов. Помимо этого, муринотоксины имеют уникальную аминокислотную последовательность и пространственную структуру. Изучение механизма действия показало, что новые токсины блокируют работу определенной подгруппы калиевых каналов, физически нарушая прохождение ионов калия через эти мембранные белки.

«Ранее в лаборатории Нобелевского лауреата Родерика Маккиннона были охарактеризованы токсины пауков, воздействующие на потенциал-чувствительные домены некоторых калиевых каналов. Спустя 30 лет после этого открытия мы впервые обнаружили новый уникальный класс пептидов пауков, которые не только ингибируют калиевые каналы посредством альтернативного механизма, но и демонстрируют ранее не описанную пространственную организацию. Эти соединения являются поровыми блокаторами ключевых изоформ потенциал-чувствительных калиевых каналов центральной и периферической нервной системы, играющих важнейшую роль в нейропередаче и представляющих собой перспективные фармакологические мишени при таких состояниях, как эпилепсия», — прокомментировал Алексей Кузьменков, старший научный сотрудник лаборатории молекулярных инструментов для нейробиологии ГНЦ ИБХ РАН.