Как «внеклеточные шапероны» помогают удалять аномальные белки

Белки склонны неправильно сворачиваться и становиться дефектными под воздействием стрессоров, таких как жара, окисление и изменения pH. Накопление аномальных белков способствует развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Организм регулирует белковые сети с помощью процесса протеостаза, который предотвращает агрегацию белков и повреждения от накопления неправильно свернутых белков внутри (внутриклеточный) или снаружи (внеклеточный) клеток.

Особую роль в протеостазе играют молекулярные шапероны: они взаимодействуют с дефектными белками, поддерживают их растворимость и направляют на повторное сворачивание или деградацию. В то время как внутриклеточный протеостаз хорошо изучен, условия вне клетки более жесткие. Для протеостаза в этой среде требуются специфические внеклеточные молекулярные шапероны, детали которого еще не до конца понятны.

Например, внеклеточный шаперон альфа-2-макроглобулин (ɑ₂M) — это распространенный белок плазмы. ɑ₂M нацеливается на дефектные белки и, как предполагается, способствует их удалению. Однако точный механизм этого процесса был неизвестен.

Группа исследователей под руководством доцента Эйсукэ Итакуры из Университета Тиба идентифицировала субстраты, которые ɑ₂M нацеливает на деградацию. Они также разработали новый анализ, который обнаруживает, как ɑ₂M опосредует лизосомальную деградацию целевых белков. Результаты были опубликованы в Scientific Reports.

«До сих пор не было доступного количественного метода для обнаружения лизосомальной деградации внеклеточных белков. Поэтому мы создали флуоресцентный анализ интернализации для измерения опосредованной α₂M лизосомальной деградации», — говорит доктор Итакура.

Для создания анализа шаперон α₂M был помечен красными и зелеными флуоресцентными белками (RFP и GFP). Когда α₂M-RG интернализировался в лизосомы, обнаруживалась флуоресценция RFP, но не GFP, поскольку GFP подвержен лизосомальной деградации, а RFP довольно устойчив.

«Таким образом, в этом анализе, если α₂M индуцирует деградацию неправильно свернутых белков, RFP должен накапливаться в клетке, производя красную флуоресценцию», — объясняет доктор Итакура. Результаты также были подтверждены в лизатах эритроцитов.

Группа также исследовала, почему в нашем теле существует несколько внеклеточных шаперонов, сравнив субстратную специфичность α₂M и кластерина — другого внеклеточного шаперона.

Ранее группа сообщала, что кластерин также участвует во внеклеточной деградации таких белков, как амилоид-бета, внеклеточная агрегация которого связана с болезнью Альцгеймера. Группа обнаружила, что хотя функции α₂M и кластерина частично перекрываются, их пути не являются избыточными.

Было замечено, что α₂M распознает дефектные белки, более склонные к агрегации. По мнению исследователей, это подтверждает теорию о том, что ряд внеклеточных шаперонов совместно защищает нас от спектра неправильно свернутых белков, которые могут находиться в организме.

«В будущем выяснение молекулярного механизма деградации белков внеклеточными шаперонами может оказаться полезным для лечения связанных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Деградируя и удаляя аномальные белки, накапливающиеся вне клеток, внеклеточные шапероны имеют потенциал стать ценным терапевтическим инструментом», — говорит доктор Итакура.

«Если будет определена более подробная связь между внеклеточными шаперонами и болезнью, возможно, станет возможным предсказывать состояние человека и вероятность развития конкретного заболевания с помощью анализов крови», — заключает он.