Пересмотр рецептора, связанного с сепсисом, разрешает противоречия о его связывании
Рецептор Ашвелла-Морелла, первый выделенный клеточный рецептор и идентифицированный лектин млекопитающих, более 30 лет оставался загадкой для учёных в отношении своих функций в организме.
В 2008 году учёные из Сан-Диего пролили новый свет на этот важный рецептор клеток печени, определив его роль при сепсисе. Эксперименты показали, что связывающиеся с рецептором Ашвелла-Морелла партнёры — лиганды — модулировали свёртываемость крови, определяя выживаемость хозяина при сепсисе.
«Это важный рецептор для ряда функций, включая контроль воспаления и коагуляции, — сказал профессор Джейми Март. — И он играет критическую роль во время сепсиса — состояния, которое ежегодно уносит больше жизней, чем рак».
Однако в ходе дальнейших исследований рецептора Ашвелла-Морелла появились противоречивые данные о характеристиках его лигандов в кровотоке. Чтобы понять, как рецептор поддерживает нормальный уровень белков и компонентов в крови, необходимо было определить, какие лиганды являются релевантными. Противоречивые результаты в опубликованных работах усложняли эту задачу.
Команда Марта из Sanford Burnham Prebys вместе с коллегами из Копенгагенского университета и Медицинского центра Лейденского университета опубликовала свои выводы в Proceedings of the National Academy of Sciences, чтобы определить состав и топологию физиологических лигандов рецептора Ашвелла-Морелла.
Новый подход с помощью гликоинженерии
Март понял, что технологические ограничения способствовали противоречивым находкам в этой области, поэтому его команда применила новый подход — инновационную технику гликоинженерии.
Цепи сахаров, называемые гликанами, модифицируют большинство секретируемых белков и могут играть множество ролей, в том числе быть лигандами рецепторов. Учёные отредактировали гены клеток, контролирующих формирование гликанов, чтобы заставить их продуцировать почти гомогенные и дискретные гликановые структуры на разных гликоформах белка.
Производство и изучение этих гликоформ на кишечной щелочной фосфатазе (IAP), известном лиганде рецептора Ашвелла-Морелла, стало ключевым. Это позволило команде прояснить влияние каждого из гликановых связей на связывание с рецептором.
«Без возможности инженерии почти гомогенных гликоформ белков было просто невозможно правильно провести этот эксперимент и прийти к окончательному выводу», — отметил Март.
Результаты: ограниченный пул лигандов и роль олигомеризации
Результаты команды показали отсутствие лигандов рецептора Ашвелла-Морелла на гликоформах IAP, содержащих гликановые цепи с двумя «ветвями» — биантеннарные. Это серьёзно ограничивает потенциальный пул лигандов рецептора, учитывая, что большинство белков, циркулирующих в кровотоке, модифицированы именно биантеннарными гликановыми цепями. Тем не менее, IAP является лигандом.
«Мы обнаружили, что когда IAP димеризуется, две биантеннарные сахарные цепи сближаются, имитируя мультивалентные три- и тетраантеннарные гликановые структуры, необходимые для связывания с рецептором Ашвелла-Морелла, — объяснил первый автор исследования Джон Хинтце. — За счёт сворачивания белка и олигомерной сборки более распространённые биантеннарные цепи могут перекрываться, создавая возможные лиганды. Это объясняет, как рецептор связывает и удаляет из плазмы крови более трети всех белков».
Противоречия по поводу сиалилирования
Кроме того, Март и его коллеги прояснили противоречивые данные относительно сиалилирования — модификации, при которой к концу гликановых цепей добавляется сиаловая кислота.
«Было несколько исследований за последние 10 и более лет, которые предполагали, что рецептор Ашвелла-Морелла может распознавать и удалять лиганды с определёнными сиалилированными структурами, но это противоречило другим опубликованным результатам», — сказал Март.
Команда Марта обнаружила, что рецептор может связывать IAP только в том случае, если модификация сиаловой кислоты была удалена, и представила различные объяснения для предыдущих противоречивых результатов.
Значение для будущего
Март намерен продолжать изучение рецептора Ашвелла-Морелла и других подобных клеточных рецепторов, чтобы больше узнать о том, как они «сканируют» кровоток и контролируют протеом крови.
«Важно углубить наше понимание того, что контролирует нормальное содержание и, следовательно, функцию белков крови в циркуляции, — заключил Март. — Отклонения от нормы являются одними из диагностических критериев, которые врачи используют для выявления и прогнозирования заболеваний».