Диссертация (Изучение роли последовательностей, богатых аспарагином и глутамином, в индукции амилоидогенеза у дрожжей saccharomyces cerevisiae), страница 4

Былопоказано, что каждый тип амилоидов, как правило, состоит из одного белка(Benditt et al., 1971; Costa et al., 1978; Glenner et al., 1971; Skinner and Cohen,1981). Таким образом, формировать амилоиды могли различные белки. С 1971года, когда были расшифрованы последовательности фрагмента легкой цепииммуноглобулина (Glenner et al., 1971) и амилоида-А (Benditt et al., 1971),формирующих амилоиды, началось изучение отдельных амилоидных белков.Стоит отметить, что ни плохая растворимость в солевых растворах, нихорошая в дистиллированной воде не являются универсальными свойствамивсех амилоидов.Важными биохимическими свойствами амилоидных фибрилл являетсяих высокая устойчивость к обработке ионными детергентами и протеазами.17Именноустойчивость к обработке додецил-сульфатом натрия былаиспользована для идентификации амилоидного пептида-бета, амилоиднаяформа которого вызывает болезнь Альцгеймера (Selkoe et al., 1986; Selkoe etal., 1982).

В свою очередь, благодаря устойчивости к протеазе К былидентифицированбелокPrP,вамилоиднойформевызывающийинфекционные нейродегенеративные амилоидозы у млекопитающих (Boltonet al., 1982).Важнымметодом,использующимустойчивостьамилоидовкдетергентам, является полуденатурирующий гель-электрофорез в агарозномгеле (SDD-AGE) (Kryndushkin et al., 2003). В нем амилоидные фибриллы подвоздействием детергентов разрушаются до олигомерного состояния, а спомощью электрофореза оценивается размер получившихся олигомеров(Bagriantsev et al., 2006; Kryndushkin et al., 2003). Был также разработан метод,который позволяет изучать не только сами олигомеры, но минорные белки,которые включаются в агрегаты (Nevzglyadova et al., 2009).Дальнейшее развитие методов идентификации позволило выявить до 30патогенных амилоидов, признаваемых Международным Комитетом поНоменклатуре Амилоидных Белков и еще большее количество сходных посвойствам амилоидных белков у самых разных организмов (по: Sipe et al.,2014).3.3 Разнообразие амилоидов3.3.1 Патологические амилоидыИсторически амилоиды рассматривались в контексте патологии.Действительно, многие амилоиды ассоциированы с развитием тяжелыхнеизлечимых заболеваний.

Патологические амилоиды принято делить навнутриклеточные и внеклеточные по тому, накапливаются ли амилоидныефибриллы в цитоплазме клетки или за пределами клеточной мембраны.18Заболевания, связанные с формированием внеклеточных амилоидов, делят надве группы: системные, если амилоидные фибриллы свободно циркулируютвместе с током крови, и локальные, при которых амилоидные бляшкинакапливаются в определённых органах или тканях. Среди локальныхамилоидозов выделяются прионные болезни – единственные инфекционныеамилоидозы у млекопитающих (по: Sipe et al., 2014).

Рассмотрим нижепримеры из этих групп амилоидозов.Одним из наиболее известных и широко распространенных системныхамилоидозов является амилоидоз легких цепей иммуноглобулинов. Подобнаяпатология встречается с частотой один случай на 100 000 человек в год встранах Запада и сопровождается нарушением работы сердца, почек, кожи,печени, периферических нервов (по: Dispenzieri et al., 2012). Тяжелые цепииммуноглобулинов также могут формировать амилоидные фибриллы иприводить к развитию системного амилоидоза (Picken, 2007).Выявлено 19 мутаций в гене аполипопротеина А-1, связанных сразвитием наследственных полисистемных амилоидозов (Eriksson et al., 2009;по: Invernizzi et al., 2012; Rowczenio et al., 2011).

Эти мутации нарушаютпроцессинг аполипопротеина и приводят к формированию амилоидныхбляшек в почках, печени и желудочно-кишечном тракте. Системныеамилоидозы могут также вызываться мутациями в генах гельзалина (Maury etal., 2003), транстиретина (по: Hou et al., 2007) и ряде других генов.Наряду с системными, существует ряд локальных амилоидозов, прикоторых поражается только одна ткань или орган.

Примером может служитьамилоидоз аорты – один из самых распространенных амилоидозов,встречающийся почти у всех людей старше 50-60 лет (Mucchiano et al., 1992;по: Westermark and Westermark, 2011). Он связан с отщеплением от белкалактадгерина пептида медина и его агрегацией в артериях.Ещё одним примером локального амилоидоза является диабет второготипа, который связан с агрегацией пептида IAPP и сопровождается гибелью βклеток в островках Лангерганца. Пептид формирует амилоиды в результате19неправильного процессинга терминальной части белка proIAPP (Marzban et al.,2006; по: Westermark and Westermark, 2011).Наиболее изученным классом локальных амилоидозов являютсянейродегенеративныеболезни,такиекакболезньАльцгеймера(ассоциирована с накоплением агрегатов амилоидного пептида β) (по: Reitz etal., 2011), болезнь Паркинсона (ассоциирована с накоплением агрегатов αсинуклеина) (по: Olanow and McNaught, 2011), прионные болезни (связаны сагрегацией белка PrP, единственные достоверно известные инфекционныеамилоидозы животных) (по: Norrby, 2011), фронтально-темпоральнаядеменция, одним из основных агрегирующих белков при которой являетсяTDP-43 (по: Sieben et al., 2012), латеральный амиотрофический склероз,решающую роль в развитии которого играют супероксид дисмутаза SOD1 ибелок FUS (Munch et al., 2011; по: Turner et al., 2013) и ряд других.Целая группа нейродегенеративных заболеваний, таких как хореяХантингтона, спиноцеребеллярная атаксия и бульбарная мышечная атрофия,связана с формированием полиглутаминовых трактов в различных белках(хантигтин, атаксины 1 и 2, атрофин) (по: Saunders and Bottomley, 2009).В развитии амилоидозов могут участвовать белки цитоскелета, кпримеру, белок тау, ассоциированный с микротрубочками.

Формированиеагрегатов тау-белка является одним из проявлений ряда заболеваний, в томчисле болезни Альцгеймера и фронтально-темпоральной деменции (по:Crowther and Goedert, 2000). В ряде случаев развитие заболеванияассоциировано с мутаций в гене, кодирующем белок тау (Hutton et al., 1998;Spillantini et al., 1998). Было показано, что введение агрегатов мутантного таубелка мышам, продуцирующим тау-белок дикого типа, приводит кобразованию агрегатов и распространению патологии от места инъекции ксоседним областям мозга (Clavaguera et al., 2009).

Также было показано, чтоагрегатыбелкатаумогуттранспортироватьсявнутрьклетоквзаимодействовать с внутриклеточными белками (Frost et al., 2009).20иИнтересно, что в некоторых случаях с развитием заболевания связано ненакопление токсичных агрегатов, а утрата белком его функции. Примеромявляется белок p53, важный анти-онкоген. Формирование амилоидоподобныхагрегатов мутантного р53, которые секвестрируют нативную форму белка, чтоможет приводить к развитию раковых опухолей (Ano Bom et al., 2012).Таким образом, к настоящему моменту описано более 30 различныхнеизлечимых заболеваний, развитие которых связано с формированиемамилоидов (по: Sipe et al., 2014). Во многом, именно необходимость поискаметодовлечениятакихболезнейобуславливаетважностьизученияамилоидов.3.3.2 Функциональные амилоидыНаряду с патологическими, на настоящий момент известно большоеколичество амилоидов, которые повышают приспособленность организмов квнешней среде и даже необходимы для существования.

Такие амилоидыполучили название функциональных и встречаются во всех трех доменахжизни (по: Nizhnikov et al., 2015).Одними из первых были открыты функциональные амилоиды бактерий.В ходе роста колоний ряд бактерии формируют биопленки, в которыхбактериальные клетки закреплены на внеклеточном матриксе. В основематрикса многих бактерий лежат фибриллы, формируемые амилоиднымибелками. Впервые это было показано для бактерий Escherichia coli,продуцирующих белок curli (CsgA) (Chapman, 2002).

Интересно, что для этогобелкабылопоказаноналичиецелойсистемыизразныхбелков,обеспечивающих экскрецию CsgA и инициацию сборки фибрилл (по: GervenVan et al., 2015). В последствии сходный механизм формирования биопленокбыл обнаружен у самых разных групп бактерий (Dueholm et al., 2012), а такжеу архей (Chimileski et al., 2014).21Другой функцией обладают внеклеточные белки бактерий родаStreptomyces – чаплины (Claessen et al., 2003). Эти белки необходимы дляформирования воздушных гифов. Собираясь в сеть из фибрилл, чаплиныпокрывают поверхность гифа, делая ее гидрофобной.Было показано, что бактериальные белки гарпины вызывают реакциюсверхчувствительностиспособностьюгарпиновурастений,котораяформироватьнапрямуюамилоиды(Ohetсвязанаal.,со2007).Бактериотоксин микроцин E492 бактерии Klebsiella pneumoniae такжеформирует амилоиды при переходе бактерий в стационарную фазу роста.

Приэтом снижается токсичность микроцина (Arranz et al., 2012; Marcoleta et al.,2013).Функциональные амилоиды широко представлены у эукариотическихорганизмов. К примеру, у ряда грибов были выявлены белки гидрофобины,сходные по функциям с чаплинами (Wösten and Vocht de, 2000). Ряд авторовпредполагает, что некоторые прионы дрожжей Saccharomyces cerevisiae такжефункциональны (по: Nizhnikov et al., 2015).Недавно появились данные о том, что некоторые белки растений тожепроявляют амилоидоподобные свойства, к примеру, C-терминальный доменбелка прогевеина растения Hevea brasilinesis (Berthelot et al., 2016).Однако наиболее разнообразные функции выполняют амилиоды уживотных.

Одним из первых выявленных функциональных амилоидов былбелок хориона шелкопряда Bombyx mori (Iconomidou et al., 2000). Образуемыебелком фибриллы обеспечивают защиту зародыша. Позже было обнаружено,что синтез меланина зависит от формирования амилоидов белком Pmel17человека (Fowler et al., 2006). Образуемые Pmel17 фибриллы выступали вкачестве каркаса, на котором происходил синтез. Амилоидоподобныеструктуры участвуют и в контроле долговременной памяти, что показано длямоллюска Aplysia californica (CPEB) (Si et al., 2003) и плодовой мушкиDrosophila melanogaster (Orb2) (Majumdar et al., 2012). Более того, в 2009 годубыло показано, что многие человеческие гормоны запасаются перед секрецией22в виде амилоидов (Maji et al., 2009).

Затем было установлено, чтоамилоидоподобные белки вовлечены еще в ряд разнообразных процессов,таких как регуляция некроза (Li et al., 2012), формирование акросомальногоматрикса (Guyonnet et al., 2014), минерализации эмали зубов (Carneiro et al.,2016) и даже формирование тельца Бальбиани в ооцитах лягушек (Boke et al.,2016).Таким образом, амилоиды оказываются вовлеченными в самыеразличные важные процессы у самых разных организмов. Это говорит о том,что амилоидные фибриллы нельзя считать только результатом нарушенияправильной укладки белков. В ряде случаев они являются функциональнымибелковыми полимерами.3.3.3 Прионы как подгруппа амилоидовСреди всех известных на сегодняшний день амилоидов стоит выделитьотдельно группу инфекционных амилоидов. Эти амилоиды отличаются отостальных тем, что могут передаваться от одного организма другому. Такиеамилоиды принято называть прионами.