Диссертация (Изучение роли последовательностей, богатых аспарагином и глутамином, в индукции амилоидогенеза у дрожжей saccharomyces cerevisiae), страница 3

Предположительно, первое описание органа, пораженногоамилоидозом, было сделано еще в 1639 году в книге Николао Фонтано(Fonteyn, 1639; по: Kyle, 2001). В книге рассказывается о сильно12видоизмененной селезенке, содержащей белые включения. Позднее сходноеописание селезенки было дано Томасом Бартолином (Bartholin, 1641; по: Kyle,2001). В 1789 Антуан Порталь первым сообщил об амилоидозе печени (по:Kyle, 2001). Позднее, в 1842, Карл фон Рокитанский дал подробное описание«восковой» печени – накопления серой желеподобной субстанции врезультате сифилиса, туберкулеза или отравления ртутью (Rokitansky von,1842).Помимо описаний поражения внутренних органов, задолго до открытияамилоидов,былиописаниважныйкласснейродегенеративныхинфекционных амилоидозов, впоследствии получивших название прионныхболезней.

Первая достоверная работа, содержавшая описание прионнойболезни овец («скрепи» или «почесуха»), найденная Куртом Шнайдером,датирована 1772 годом (Comber, 1772; по: Schneider et al., 2008). В нейговорится, что почесуха была известна в Англии на протяжении 40 лет, однакоработы 1732 года, содержащей описание болезни, найдено не было. Крометого, высказывались предположения, что временем описания этой болезниследует считать XV или XVII вв. (по: Brown, 2005; Gajdusek and Gibbs, 1976).Ридом Викнером была высказана гипотеза, что почесуха была известна еще вдревнем Китае более двух тысяч лет назад (Wickner, 2005), однако этопредположение было подвергнуто критике китайскими исследователями (Liand Xing, 2006; Zhang, 2006).

Таким образом, единственным достоверноизвестным описанием почесухи овец остается 1772 год. Важно отметить, чтосходные нейродегенеративные амилоидозы человека, такие как «куру» былиописаны много позже, только в XX веке (Gajdusek and Zigas, 1959).Одним из важнейших событий в истории изучения амилоидов являетсяоткрытие, сделанное в 1859 году Рудольфом Вирховым.

Он показал, чтоcorpora amylacea, субстанция из пораженного отдела мозга, сходная сописанной фон Рокитанским, окрашивается йодом и серной кислотой (по:Aterman, 1976). Этот метод был разработан в 1814 году для окраскицеллюлозы(по: Aterman, 1976; Colin and Claubry, 1814). Вирхов предполагал,13что субстанция является крахмалом, и предложил название амилоид. Этоназвание было первоначально введено Маттиасом Шлейденом в 1838 году дляобозначения конгломератов крахмала в растительных клетках и являлосьпроизводным от латинского amylum и греческого amylon (по: Aterman, 1976;Schleiden, 1838). Стоит отметить, что уже 1859 Карл Фридрих и Август Кекулепоказали, что амилоиды состоят скорее из белка, чем из углеводов (по: Sipeand Cohen, 2000).Следующим шагом в улучшении диагностики амилоидов быларазработка более надежного теста. В 1875 году Корнил в Париже (Cornil,1875), Хешль в Вене (Heschl, 1875) и Юргенс в Берлине (Jurgens, 1875)одновременно обнаружили изменение цвета при окраске амилоидовнекоторыми анилиновым красителями, такими как метиленовый фиолетовый.В XX веке Беннхольд обнаружил, что амилоиды сильно связываются скрасителем дляхлопкаКонгокрасным(Bennhold, 1922),которыйиспользовался в промышленности с 1884 года (по: Steensma, 2001).Связывание было настолько сильным, что были предложены методыдиагностики амилоидов, основанные на этом.

Пациентам вводили в кровьКонго красный и оценивали уменьшение концентрации красителя в плазмекрови (Ouchi et al., 1976). Механизм связывания остается до сих порнеизвестным, однако он приводит к появлению двойного лучепреломленияяблочно-зеленого цвета (Divry and Florkin, 1927). Это явление до сих поростается одним из основных критериев при доказательстве амилоиднойструктуры (по: Nizhnikov et al., 2015).Другойважнойгруппойспецифичныхкрасителейявляетсяфлуоресцентные тиофлавин-Т (по: Hobbs and Morgan, 1963; Naiki et al., 1989;Vassar and Culling, 1959) и –S (Schwarz, 1967). При связывании тиофлавина-Sс амилоидами происходит усиление флуоресценции.

Однако этот красительимеетдостаточновысокийуровеньфоновойфлуоресценции,чтоограничивает его применение только гистологическими исследованиями. Утиофлавина-Т при связывании с амилоидами происходит сдвиг спектра14флуоресценции в красную область. Именно тиофлавин-Т, наряду с Конгокрасным,используютсясейчасдляоценкидинамикиобразованияамилоидных фибрилл in vitro (Klunk et al., 1989; LeVine, 1999).Открытиекрасителей,специфичноокрашивающихамилоиды,способствовало существенному расширению представлений об амилоидах.Многие методы окраски амилоидов используются до сих пор и являются«золотым стандартом» в диагностике амилоидозов.3.2.2 Изучение структуры амилоидовФакт связывания различных амилоидов одними и тем же красителямиговорит о наличии у них сходной структуры.

Благодаря открытию двойноголучепреломления при связывании амилоидов с Конго красным (Divry andFlorkin, 1927; по: Sipe and Cohen, 2000), стало понятно, что амилоиды имеютупорядоченную ультраструктуру, а не представляют из себя аморфныебелковые агрегаты. Тем не менее, только с появлением электронноймикроскопии стало возможным изучать тонкую структуру амилоидов.Первые работы по структуре амилоидов с применением электронноймикроскопии появились в 1959 году.

На основе изучения гистологическихпрепаратов различных тканей, Коэн и Калкинс показали, что все амилоидныевключения имеют фибриллярную структуру (Cohen and Calkins, 1959). Позжебыла выработана единая модель амилоидного филамента, состоящего изнескольких тяжей – протофиламентов. Эти протофиламенты соединятсямежду собой вдоль латеральной оси. Филаменты в свою очередь,взаимодействуя между собой, образуют фибриллу (Shirahama and Cohen,1967).Развитие методов очистки амилоидов и работы с ними in vitroспособствовало дальнейшему прогрессу в изучении структуры амилоидов.Было открыто, что после выделения из тканей и очистки амилоиды сохраняютсвою фибриллярную структуру (Pras et al., 1968).

Позднее методом дифракции15рентгеновских лучей было показано наличие кросс-бета структуры у всехизвестных амилоидов (Bonar et al., 1969; Eanes and Glenner, 1968; Glenner et al.,1974; по: Sunde and Blake, 1998).Существенным препятствием для изучения структуры амилоидов сталаих неспособность к формированию кристаллов и плохая растворимость. Из-заэтих свойств к амилоидам были неприменимы методы рентгеновскойкристаллографии и ядерного магнитного резонанса (по: Tycko and Wickner,2013). В то же время это не мешало использовать метод криоэлектронноймикроскопии,спомощьюкоторойбылапоказаназакрученностьпротофиламентов относительно оси фибриллы и вариабельность в количествепротофиламентов, образующих фибриллу (Goldsbury et al., 2000a; Goldsbury etal., 2000b; Jimenez et al., 2002).Серьезный сдвиг в исследовании структуры амилоидов произошелпосле внедрения метода твердофазного ядерного магнитного резонанса.Методпозволилрасшифроватьструктуру рядаамилоидов, хотявбольшинстве случаев были получены модели только фрагментов белков(Benzinger et al., 1998; Lansbury et al., 1995; Melckebeke Van et al., 2010;Paravastu et al., 2008; Petkova et al., 2006).Таким образом, изучение структуры амилоидов прошло долгий путь отпредположений о наличии упорядоченной структуры до детальных моделейорганизации амилоидных фибрилл.

Вместе с тем, остается нерешенным целыйряд проблем. В частности, до сих пор не существует методики расшифровкиамилоидной структуры, сформированной большими белками, а не короткимипептидами. Также остается неясным, насколько точно полученные in vitroмодели соответствуют структурам, формируемым в живых организмах.3.2.3 Определение состава амилоидовПервое предположение о составе амилоидов было сделано Вирховым,который считал их включениями крахмала (по: Aterman, 1976). В то же время,16спустя несколько лет после его работы, в 1859 году, Фридрих и Кекулепоказали, что в амилоидах присутствуют белки и скорее всего отсутствуютуглеводы (по: Sipe and Cohen, 2000).

Позднее эти данные были подтвержденыХанссеном, который показал, что амилоиды чувствительны к обработкепепсином (Hanssen, 1908). Исторический казус заключается в том, что corporaamylacea, изучаемая Вирховым, действительно содержала преимущественнополисахариды (Sakai et al., 1969) и не относилось к тем образованиям, которыев настоящее время относят к амилоидам.Открытие, согласно которому амилоиды состоят из белков, оставляломного неразрешенных вопросов.

Формируются ли амилоиды из определенныхбелков или это неспецифическое накопление самых разных белков? Какие этобелки? Ответить на эти вопросы можно было только благодаря разработкеметодов очистки амилоидов и идентификации белков, входящих в их состав.Первые методы по очистке амилоидов были основаны на плохойрастворимости амилоидов в солевых растворах. Это позволяло очищатьамилоидные фибриллы при помощи дифференциального центрифугирования(Cohen and Calkins, 1964). Другим свойством некоторых амилоидов являетсяих растворимость в дистиллированной воде. Это послужило основой дляодного из первых методов очистки амилоидов (Pras et al., 1968).