Диссертация (1144700), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Бактериальные амилоиды [по: Syed and Boles, 2014]БактерииАмилоидныебелкиФункции амилоидовEscherichia coli Curli (CsgA)Компонент биоплѐнки, адгезия насубстратеSalmonella ssp. Curli/Tafi (CsgA)Компонент биоплѐнки, адгезия насубстратеMycobacterium MtptuberculosisФормирование пилей, связывание сламининомKlebsiellapneumoniaeMccE492Антимикробная активностьPseudomonasfluorescensFapCКомпонент биоплѐнкиStreptomycescoelicolorChaplins (ChpA-H) Поверхностный белок бактериальныхспорStaphylococcus Phenol solubleaureusmodulinsКомпонент биоплѐнкиBacillussubtillusTasAКомпонент биоплѐнки, поверхностныйбелок бактериальных спорXanthomonasaxonopodisHarpins (HpaG)Цитотоксическая активностьИзвестны также функциональные амилоиды у дрожжей - фибриллы белкаAls3 Candida albicans играют роль в клеточной адгезии [Otoo et al., 2008], а белок29Bgl2 в амилоидной изоформе стабилизирует структуру клеточной стенки S.cerevisiae [Kalebina et al., 2008].
Есть основания полагать, что клеточная стенкадрожжей сахаромицетов включает в себя амилоидные фибриллы и других белков[Chan and Lipke, 2014; O'Rourke et al., 2015].Белок CPEB моллюска Apyisia californica и его ортолог Orb2 у Drosophilamelanogaster занимают особое место в ряду функциональных амилоидов. БелокCPEB ответственен за транспорт мРНК в нейронах [Cao et al., 2005]. Припрохождении нервного импульса в ответ на выброс серотонина этот белокобразует амилоидные олигомеры в зонах нервных синапсов.
Показано, чтоолигомеры CPEB стабилизируют синапсы и способствуют их долговременномусохранению [Si et al., 2010]. Такие же функции выполняют олигомеры Orb2 удрозофилы. Более того, былопоказано, чтомутации, препятствующиеолигомеризации Orb2, блокируют долговременную память дрозофилы [Majumdaret al., 2012]. Таким образом, амилоидные конформеры CPEB и Orb2 обеспечиваютдолговременную память.В свете тенденций последних лет эти белки очень быстро стали называтьприонами. Для этого у авторов были следующие основания:1.
Было показано, что добавление предсуществующих фибрилл CPEB и Orb2ускоряет процесс амилоидогенеза мономеров этих белков in vitro. Чтобы неповторяться, скажем только, что это типичное свойство всех амилоидов.2. Однажды индуцированные агрегатыCPEB поддерживаются в нейронахдолгое время, причѐм уровень продукции этого белка остаѐтся неизменным.3.
Амилоидогенная последовательность белка CPEB в составе химерногобелка демонстрирует прионные свойства в дрожжах S. cerevisia. [Heinrichand Lindquist, 2011].С нашей точки зрения, рассматривая белки CPEB и Orb2, мы сталкиваемся ссовершенно особой ситуацией. С одной стороны речь не идѐт о межклеточнойпередаче прионных конформеров, но с другой стороны, однажды индуцированная30амилоидная конформация поддерживается в неделящейся клетке долгое время.Вряд ли это можно объяснить постоянным увеличением размера первоначальновозникших агрегатов.
Можно допустить, что эти агрегаты расщепляются иинициируют воспроизводящиеся акты конформационных переключений вновьсинтезируемого белка. В этом случае мы имеем аналогию с дрожжевымиприонами, за тем исключением, что нейроны в отличие от клеток дрожжей неделятся.Возможно,этоуникальнаяситуация–олигомерыпостояннорасщепляются, индуцируют конформационное переключение новых молекулбелка, и этот процесс многократно воспроизводится в неделящейся клетке. Пока,для окончательного заключения о прионных свойствах этих белков, информацииявно недостаточно.У человека в меланоцитах в результате процессинга от белка Pmel17отщепляется фрагмент полипептидной цепи, который формирует амилоидныефибриллы, связывающие меланин. Вероятно, амилоидный «скелет» Pmel17служит для запасания и хранения пигмента [Fowler et al., 2006].Есть основания полагать, что млекопитающие запасают многие гормонысекреторных гранул в виде амилоидных агрегатов [Maji et al., 2009].
Былопоказано, что 31 белок секреторных гранул из 42-х протестированных формируютамилоидные агрегаты in vitro, правда, белки инкубировали 30 дней в условиях,сильно отличающихся от физиологических. Кроме того, секреторные гранулы какнепосредственно в организме крысы, так и в иммортализованной клеточнойкультуре, связывают амилоидспецифический краситель [Maji et al., 2009]. Можнопредположить, что гормоны, запасаемые в виде амилоидов, при определѐнныхусловиях могут секретироваться в растворимом виде.Возможно, известные нам функциональные амилоиды – это лишь вершинаайсберга. Разработанные ранее методы позволяли лишь направлено проверять, стой или иной степенью достоверности, амилоидные характеристики выбранныхдля анализа белков, но масштабный протеомный скрининг амилоидов оставалсяневозможным.311.3.2.
Патологические амилоидыК настоящему времени охарактеризовано около сорока белков, которыемогут формировать патологические амилоидные агрегаты в организме человека идругих млекопитающих [по: Нижников и др., 2015]. Целая группа патологическихамилоидов связана с нейродегенеративными заболеваниями, но известны иамилоиды, вызывающие нарушения работы печени, почек, сердца, а такжедругих органов и тканей. Мы рассмотрим только несколько социально значимыхамилоидных патологий, для которых активно обсуждаются возможные прионныехарактеристики. Патологии млекопитающих, связанные с формированиемагрегатов PrPSc, а также белков tau и альфа-синукленина будут рассмотреныотдельно в разделе «Прионы млекопитающих».1.3.2.1.
Системный амилоидоз ААСистемный амилоидоз АА связан с амилоидогенезом белка SAA (SerumAmyloid A) и охарактеризован у разных видов млекопитающих, в том числе учеловека, гепарда, домашней кошки и домовой мыши. Это заболеваниеразвивается при ревматоидном артрите, различных опухолях, неспецифическомязвенном колите, малярии и туберкулѐзе. У человека выявлено три гена,кодирующих белки SAA - SAA1, SAA2 и SAA4. Белок SAA4 продуцируетсяконститутивно, а уровень продукции белков SAA1 и SAA2 в печени можетповышаться в тысячу раз в ответ на бактериальную инфекцию [Westermark andWestermark, 2009].
В случае хронической инфекции в сыворотке кровипредставлены цитотоксичные амилоидные агрегаты, мажорным компонентомкоторых является белок SAA1. Показано, что если модельных животныхинфицировать не только бактериями, но и инъецировать им в кровь фибриллыSAA1, то амилоидогенез значительно ускоряется. Интересно, что фибриллы SAA1гепарда могут ускорять амилоидогенез белка SAA1 мыши [Murakami et al., 2013].Некоторые авторы считают это достаточным основанием для того, чтобы32утверждать, что амилоид SAA1 обладает инфекционными свойствами. С нашейточки зрения, ускорение амилоидогенеза за счѐт чужеродных фибрилл на фонеспровоцированного бактериями тысячекратного увеличения уровня продукциисобственного белка не является достаточным доказательством прионных свойствфибрилл SAA1.1.3.2.2.
Латеральный склерозЛатеральныйнейродегенеративное(боковой)заболевание,амиотрофическийкотороесклерозсопровождается-этопоражениемдвигательных нейронов и вызывает паралич и атрофию мышц. Цитотоксическимэффектом обладают агрегаты белка супероксиддисмутазы (SOD1) [Elam et al.,2003]. В норме SOD1 катализирует превращение высокотоксичных кислородныхрадикалов в кислород и пероксид водорода. Механизм цитотоксичности,связанный с агрегацией этого белка, пока не охарактеризован. В ряде случаевамилоидные олигомеры или фибриллы образуются в результате мутаций в генеSOD1, но зачастую болезнетворные агрегаты формирует и интактный белок SOD1[Stathopulos et al., 2003; Chattopadhyay et al., 2008].
Показано, что олигомеры,возникающие в результате мутаций, могут транспортироваться из клетки в клеткуи провоцировать агрегацию нормального белка [Furukawa et al., 2013]. Вместе стем, индукции самовоспроизводящихся агрегатов за счѐт инъекции амилоидныхконформеров SOD1 не отмечено.1.3.2.3. Болезнь АльцгеймераБолезнь Альцгеймера (БА) – наиболее распространенная форма старческогомаразма, для которой характерно прогрессирующее расстройство памяти ивысших корковых функций вплоть до полной утраты интеллекта.
Одним изфакторов, приводящих к дисфункции нервных синапсов и к гибели нейронов при33БА, является патологическое накопление амилоидного пептида (A), которыйобразуется в результате разрезания трансмембранного белка APP (AmyloidPrecursor Protein).
Белок APP расщепляют на несколько фрагментов три секретазы- , и (рис. 5) [по: Selkoe, 2011].Рисунок. 5. Схема процессинга белка APP [по: Selkoe, 2011].В результате активности и секретаз образуются крупные растворимыебелки, играющие роль в пролиферации нервных клеток (рисунок 5). Прирасщеплении APP за счѐт действия и секретаз образуется три продукта, иодним из них является A. Охарактеризованы две основные формы пептида Aß,состоящие из 40 и 42 аминокислот [Iwatsubo et al., 1994].
В норме реализуются всевозможные варианты протеолиза APP, но в результате мутаций, затрагивающихген APP, или гены, контролирующие активность секретеаз, может происходитьпатологическое накопление пептида A, что ведѐт к его агрегации вмежклеточномпространстве.Наибольшейнейротоксичностьюобладаютолигомеры пептида A, состоящего из 42-х аминокислот [Cohen et al., 2006].Крупные межклеточные агрегаты, основным компонентом которых является34фибриллы A, утрачивают токсичность. Помимо формирования агрегатов A вмежклеточном пространстве, при БА в нейронах выявляются внутриклеточныеамилоидные филаменты гиперфосфорилированного белка tau [Grundke-Iqbal et al.,1986].Накоплениенейродегенеративныхагрегатовtauзаболеванияхотмечается(тактакженазываемыхипридругихтаутопатиях).Естьоснования полагать, что в случае БА гипер-фосфорилирование и агрегация tauявляется следствием патологического каскада, который провоцируют олигомерыA [Roberson et al., 2007].Известны как наследственные формы БА, которые ассоциированы смутациями и могут поражать людей среднего возраста, так и спонтанные,проявляющиеся, как правило, после 70 лет [по: Selkoe, 2011].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
