Группа российских ученых представила обзор, посвященный поведению белков-шаперонов в головном мозге, пострадавшем от ишемии, или недостатка кровоснабжения. Исследование акцентирует внимание на защитных механизмах белков от окислительного стресса, а также на их функции в фазе реперфузии — стадии восстановления кровообращения, сопровождающейся клиническими проявлениями.
Инсульт является серьезной и распространенной патологией, ведущей к высокой смертности и инвалидности. Согласно данным Всемирной организации по борьбе с инсультом, в 2019 году зарегистрировано более 7,6 миллиона новых случаев ишемического инсульта, а число людей, переживших один или несколько инсультов, превысило 77 миллионов. Ишемический инсульт отрицательно сказывается на состоянии сосудистой системы, приводя к ее постепенному поражению.
С точки зрения эволюции, инсульт часто называют болезнью-невидимкой, так как он влияет на людей, обычно после репродуктивного возраста. Это позволяет генам, увеличивающим риск инсульта, передаваться потомству.
На клеточном уровне при ишемии мозг активирует разные защитные механизмы. В первую очередь, клетки переходят на анаэробные пути производства АТФ, уменьшая энергозатраты, а также активируют системы, сохраняющие структурную целостность под воздействием избытка водорода, кальция и свободных радикалов.
Во время ишемии для организма важно сохранить целостность синтезированных белков, поскольку протеом играет ключевую роль в клеточных процессах, включая восстановление.
Шапероны, представляющие собой молекулярные помощники, отвечают за поддержку этих белков в различных условиях. Они включают свыше 300 белков, которые классифицируются на несколько семейств и суперсемейств в зависимости от их функции.
Наиболее известными являются белки теплового шока (HSP), открытые в 1960-х, первые клинические испытания препаратов с их участием начались в 2010-х.
Функции шаперонов имеют особое значение для мозговых клеток, имеющих сложную структурную организацию. Молекулярные шапероны положительно влияют на здоровье при различных заболеваниях мозга, включая ишемический инсульт.
Однако остается вопрос о том, способны ли они оказывать антиоксидантную защиту при инсульте и как именно это происходит. Наша работа посвящена всестороннему исследованию функциональности шаперонов как класса белков.
Хотя отдельные протеины этого типа известны давно, сейчас мы имеем возможность рассмотреть их как единое целое, выделить функциональные группы и изучить их взаимодействие в зависимости от ситуационных условий.
Исследование проводилось с целью определения, какие белки активируются в разных механизмах при повреждении сердечных тканей. Научный сотрудник лаборатории диагностики здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ, Давид Наимзада, отметил, что традиционно шапероны воспринимаются как регуляторы гомеостаза протеома.
Однако, существует также термин «липидные шапероны», относящийся к молекулам, участвующим в транспортировке липидов, и группа металлошаперонов, способствующих переносу ионов металлов к белкам. Это свидетельствует о разнообразии функций шаперонов.
Ученые в основном сосредоточены на изучении «оригинальных» шаперонов, отвечающих за борьбу с окислительным стрессом и антиоксидантную защиту. В своей работе авторы обобщили их роль в защите протеома от окислительного стресса, акцентируя внимание на процессах сворачивания и разворачивания субстратов, а также регулировании образования свободных радикалов.
При инсульте происходит прекращение кровотока и активация множества механизмов, направленных на подготовку тканей к восстановлению. Важно отметить, что в ходе инсульта некоторые зоны повреждаются глубже и требуют оперативного вмешательства, в то время как другие, менее затронутые области, нужно сохранить для их дальнейшего восстановления. Это подчеркивает необходимость исследования различных белков, активирующихся в этих механизмах.
Работа белков в различных тканях отличается по сложным механизмам управления в зависимости от конкретных условий. Например, при сильном дефиците аденозинтрифосфата (АТФ), который служит основным источником энергии для клеток, акцент смещается на АТФ-независимые шапероны.
Давид Наимзада отмечает, что уровень АТФ служит индикатором активации определенных шаперонов. Ученые выделяют несколько типов белков-шаперов, выполняющих различные функции. Так, Hsp60 и Hsp70 активируются для обеспечения правильного сворачивания recém синтезированных белков, что отечественно важно для раннего ишемического ответа.
Hsp70, помимо этого, активирует специализированные антиоксидантные пути, предотвращая образование активных форм кислорода, в то время как шаперон Hsp90 может оказывать прооксидантное действие при ишемическом инсульте. Также известны термостойкие скрытые белки (Hero), которые защищают клеточные белки от окислительного стресса.
В ходе исследования ученые стремились глубже изучить поведение шаперонов и их роль в условиях ишемического инсульта. Участие в проекте принимали представители НИУ БелГУ, Сеченовского университета, КГМУ и другие научные организации, что подчеркивает мультидисциплинарный подход к проблеме.
