Растительные хлоропласты — потенциальная терапия болезни Хантингтона
Исследователи из кластера передового опыта CECAD по исследованию старения и кластера CEPLAS по наукам о растениях Кёльнского университета обнаружили многообещающий подход синтетической биологии растений для разработки терапии нейродегенеративных заболеваний человека, в частности, болезни Хантингтона.
В публикации в Nature Aging они показали, что синтетический фермент растительного происхождения — стромальная процессирующая пептидаза (SPP) — уменьшает агрегацию белков, ответственных за патологические изменения в моделях болезни Хантингтона на культивируемых человеческих клетках и нематоде Caenorhabditis elegans.
Болезнь Хантингтона относится к полиглутаминовым (polyQ) болезням — группе нейродегенеративных расстройств, вызванных множественными повторами аминокислоты глутамина в специфических белках. Избыточное количество повторов polyQ может приводить к агрегации белков и образованию вредных отложений, что вызывает дисфункцию и гибель клеток.
Растения устойчивы к вредной агрегации белков
В исследовании профессора Дэвида Вильчеса (CECAD) и доктора Эрнесто Льямаса (CEPLAS) использовался нестандартный подход для поиска потенциальных препаратов против polyQ-болезней.
Растения, в отличие от людей, не страдают от протеинопатий, вызванных токсичной агрегацией белков. Они экспрессируют сотни белков, содержащих повторы polyQ, но патологий от этих факторов не зарегистрировано.
Чтобы изучить, как растения справляются с токсичной агрегацией, учёные ввели в растение Arabidopsis thaliana токсичный мутантный белок хантингтин, вызывающий гибель человеческих нейронов. В отличие от животных и человеческих моделей, растения активно удаляли агрегаты белка хантингтина и избегали вредных эффектов.
«Мы были удивлены, увидев растения полностью здоровыми, несмотря на генетическое производство токсичного человеческого белка», — сказал Дэвид Вильчес.
Растительный белок облегчает симптомы в клетках человека и нематодах
Учёные обнаружили, что причиной устойчивости растений являются хлоропласты — специфические органеллы, осуществляющие фотосинтез.
«В отличие от людей, у растений есть хлоропласты, которые могут предоставлять расширенный молекулярный аппарат для избавления от токсичных белковых агрегатов», — пояснил Льямас.
Мультидисциплинарная команда идентифицировала хлоропластный белок растений SPP как причину невосприимчивости к проблемному человеческому белку. Экспрессия растительного SPP в моделях болезни Хантингтона (культуры человеческих клеток и черви C. elegans) снижала образование белковых агрегатов и симптомы болезни.
«Мы были рады наблюдать, что экспрессия растительного белка SPP улучшала подвижность червей C. elegans, поражённых хантингтином, даже на поздних стадиях старения, когда симптомы ещё хуже», — сказала доктор Хён Джу Ли.
Растения как модели для исследования старения
Льямас убеждён, что исследования растений могут внести значительный вклад в лечение болезней человека: «Я считаю, что молекулярные механизмы растений хранят ключ к открытию новых лекарств. Мы часто забываем, что некоторые растения могут жить тысячи лет и должны изучаться как модели исследования старения».
Доктор Седа Койунджу добавила: «Мы уверены, что наш синтетический подход на основе растений приведёт к значительным успехам в этой области».
План исследователей — создать стартап для производства терапевтических белков растительного происхождения и тестирования их в качестве потенциальных средств лечения нейродегенеративных заболеваний у людей.