От клещей к лекарствам

Новое исследование под руководством профессора Шоумо Бхаттачарьи расшифровало структуру уникальных белков, обнаруженных в слюне клещей, и создало новые, не существующие в природе. Это открывает путь к созданию нового поколения "швейцарских ножей" — противовоспалительных препаратов с настраиваемыми "лезвиями" для блокировки различных воспалительных путей.

Предыдущие исследования профессора Бхаттачарьи показали, что слюна клещей может быть фармакологической золотой жилой, потенциально дающей множество новых лекарств для лечения заболеваний — от сердечно-сосудистых болезней и инсульта до артрита. Эта работа выявила группу белков слюны клещей под названием эвазины, которые связывают и нейтрализуют хемокины — группу химических веществ, играющих ключевую роль в развитии воспаления в организме.

Теперь исследователи выяснили структурный механизм, позволяющий клещевым эвазинам блокировать сложный путь, имеющий несколько маршрутов к одному и тому же ответу. Более того, они научились манипулировать этой структурой для создания новых, изготовленных на заказ белков на основе клещевых эвазинов.

Но почему клещи?

"Клещи существуют со времен динозавров, и у них было несколько миллионов лет, чтобы эволюционировать способы кусать и питаться, не запуская воспалительный каскад у животных", — говорит профессор Бхаттачарья. "Если вы идете по полю, зараженному клещами, и вас укусит клещ, вы вряд ли это заметите".

Присосавшись к животному, клещи могут питаться 8-10 дней, успешно блокируя боль, свертываемость крови и нормальную воспалительную реакцию организма на травму.

Это воспаление — часть стандартного иммунного ответа организма: когда ткани повреждены, например, инфекцией, они посылают сигналы бедствия в виде белков-хемокинов. Белые кровяные клетки реагируют на эти сигналы и появляются на месте инфекции или травмы, чтобы очистить поврежденные ткани и бороться с инфекцией.

Выход из-под контроля

"Этот процесс обычно полезен, но иногда белые кровяные клетки, по сути, сходят с ума и наносят дальнейший ущерб", — говорит профессор Бхаттачарья.

Это неконтролируемое, причиняющее ущерб воспаление является ключевым игроком во многих заболеваниях, включая последствия сердечного приступа, миокардит (при котором воспаляется сердечная мышца, что приводит к внезапной сердечной смерти у внешне здоровых молодых людей), инсульты, артрит, псориаз, опухолевое воспаление и воспалительные заболевания кишечника.

Поэтому исследователи ищут способы блокировать воспаление для лечения этих заболеваний или, по крайней мере, уменьшения тяжести болезненных симптомов у пациентов.

Оказалось, что это более сложная проблема, чем кажется, потому что воспалительный путь имеет несколько избыточных путей, и блокировка всего одного или даже нескольких рецепторов почти не дает эффекта.

Профессор Бхаттачарья говорит: "Путь хемокинов эволюционировал как способ борьбы с инфекциями и чужеродными патогенами, поэтому его очень трудно подавить. Сложность сети трудно передать: существует 47 различных хемокинов, которые связываются с 19 различными рецепторами, и существует более 24 различных типов белых кровяных клеток. Нет ни одного доступного препарата, который блокирует сеть хемокинов".

Смена фокуса исследований

Профессор Бхаттачарья — профессор сердечно-сосудистой медицины Британского фонда сердца в Radcliffe Department of Medicine. Его основной исследовательский интерес лежит в области сердечно-сосудистых исследований, где неконтролируемое воспаление, такое как миокардит, оказалось сложной проблемой.

"Но в клинике нет эффективных противохемокиновых препаратов", — говорит профессор Бхаттачарья. "Что мы знали, так это то, что блокировка одного рецептора или хемокина в сложной сети хемокинов имеет минимальный эффект".

Идея изучения клещей пришла из поиска в Google, который подчеркнул способность клещей уклоняться от воспалительной реакции — то, что ведущим мировым исследователям не удалось воссоздать в лаборатории. Благодаря грантам Radcliffe Department of Medicine, направленным на поддержку новых идей, профессор Бхаттачарья переориентировал навыки своей лаборатории на идентификацию некоторых из 1500-3000 белков, обнаруженных в слюне клеща, которые блокируют хемокины.

Результатом этой работы стало открытие 40 хемокин-связывающих белков, которые могут сделать то, что не под силу никакому другому противохемокиновому препарату: обезвредить всю провоспалительную сеть хемокинов.

Изучение фармакологической золотой жилы в слюне клещей теперь является основным направлением работы лаборатории профессора Бхаттачарьи. Его команда разработала новый метод поиска и выделения новых клещевых белков.

Доктор Анджела Ли, первый автор последнего исследования группы, объясняет: "Мы химически синтезируем гены клеща и вставляем их в дрожжевые клетки, чтобы создать своего рода "библиотеку" клещевых белков. Дрожжевые клетки теперь экспрессируют клещевые пептиды на своей поверхности, и мы затем "заманиваем" их: смешиваем дрожжи с флуоресцентным хемокином, и дрожжевые клетки, которые принимают хемокиновую приманку, начинают светиться. Затем мы можем отобрать светящиеся дрожжи, выяснить последовательность ДНК новых эвазинов и выращивать большие количества этих новых эвазинов в клетках почек в чашке Петри".

Используя этот метод, исследовательская группа за последние два года клонировала более 40 новых генов клещевых эвазинов и обнаружила два различных типа клещевых эвазинов, которые блокируют две основные разные группы хемокинов.

Уникальная структура

Но как клещевые эвазины связывают так много разных хемокинов одновременно? Именно этот вопрос решалось в последнем исследовании группы, где была расшифрована структура новых клещевых эвазинов, связывающих группу хемокинов CXC. Доктор Анджела Ли говорит: "Мы обнаружили, что эвазин EVA3 имеет "узловую" структуру, где каждая петля узла создает поверхность, способную связывать другой хемокин. Вот как клещевые эвазины могут связываться со многими различными хемокинами".

Команда пошла еще дальше, пересадив петли из одного типа клещевого эвазина в другой тип, чтобы создать новый гибридный белок со свойствами обоих типов. Есть надежда, что эти настраиваемые белки можно будет использовать для лечения различных воспалительных заболеваний — от болезней сердца до артрита и воспалительных заболеваний кишечника.

"До получения лекарств на основе их клещевых белков для пациентов еще очень далеко", — говорит профессор Бхаттачарья, который в настоящее время работает с Oxford University Innovation над дальнейшим развитием исследований. — "Но клещевые эвазины создавались 300 миллионов лет, и мы очень надеемся, что лекарства на основе эвазинов попадут в клиники быстрее, чем за это время!"