Смоделирована работа рецепторов к основному нейромедиатору
Исследовательская группа из Колумбийского университета (Нью-Йорк, США) под руководством Александра Соболевского впервые опубликовала структуру AMPA-рецептора – ионотропного рецептора глутамата – в открытом состоянии. Эти рецепторы являются самыми распространенными в центральной нервной системе передатчиками сигнала, и обеспечивают возбуждение «принимающего» нейрона в ответ на связывание глутамата на его мембране. Ученые не просто засняли канал в открытом виде, но и смоделировали весь цикл его работы. Статья вышла в журнале Nature.
Глутамат – не только аминокислота, входящая в состав белков всех живых организмов, но и один из основных передатчиков сигнала у нас в мозге (не стоит бояться, что глутамат из пищи попадет в мозг, он не проходит через гемато-энцефалический барьер). AMPA-рецепторы – разновидность рецепторов глутамата, которые названы так за способность к активации его синтетическим аналогом AMPA (амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислотой). Эти рецепторы участвуют в передаче быстрых возбуждающих сигналов между нейронами, то есть обеспечивают существенную часть проводимости сигнала в нервной системе. Время передачи сигнала с их помощью измеряется миллисекундами. Также они регулируют синаптическую пластичность, то есть изменение силы связи между двумя нейронами в месте их контакта, которая лежит в основе процессов запоминания и забывания информации. Неудивительно, что эти белки в большом количестве встречаются в разных отделах мозга и задействованы в патогенезе многих неврологических заболеваний – от депрессии до эпилепсии и болезни Альцгеймера. Для искусственного управления рецепторами и дизайна соответствующих препаратов необходимо как можно лучше представлять структуру этих белковых комплексов.
AMPA-рецептор представляет из себя ионный канал. В ответ на связывание глутамата он открывается и пропускает ионы натрия внутрь клетки. Это приводит к деполяризации мембраны и возбуждению нейрона. Небольшие изменения в структуре приводят к прекращению тока ионов через канал, что обозначается как десенсибилизация рецептора. После этого канал возвращается в закрытое состояние.
В 2009 году Соболевский впервые получил структуру рецептора в закрытой конформации при помощи рентгеноструктурного анализа. С тех пор вышел еще ряд работ, посвященных структуре рецептора с разными вспомогательными белками, однако только теперь ученым удалось зафиксировать канал в открытом состоянии. Данные были получены при помощи криоэлектронной микроскопии, которая позволяет получать изображения структур в их нативном состоянии.
Рецепторы, состоящие из четырех субъединиц, были зафиксированы в мембране вместе со вспомогательным белком GSG1L, который стабилизировал закрытую конформацию канала, либо с белком старгазином (STZ), стабилизирующим открытую конформацию. Изображения открытых комплексов были получены в присутствии глутамата. Сопоставив структуры закрытых и открытых комплексов, авторы работы смоделировали процесс открытия канала, а также переход из открытого состояния в десенсибилизированное и в закрытое. Кроме того, ученым удалось «рассмотреть» селективный фильтр внутри канала, который пропускает именно ионы натрия.
Криоэлектронная микроскопия позволяет рассмотреть многие крупные структуры в «естественном» состоянии после замораживания образцов. Это выгодно отличает ее от рентгеноструктурного анализа, требующего выращивания кристаллов белков. Разрешение этого метода с каждым годом растет и постепенно догоняет рентген. К примеру, в работе 2009 года авторы расшифровали структуру AMPA-рецептора с разрешением в 3,6 ангстрем, а максимальное разрешение, которого удалось добиться в новой работе с использованием крио-ЭМ, составило 4,2 ангстрема. В прошлом году с использованием этого метода разрешили структуру другого типа глутаматного рецептора, о чем можно прочитать здесь.
Дарья Спасская
Таков результат исследования 671 собачьей неоплазии
Американские биоинформатики и ветеринары исследовали, какие мутации наиболее характерны для злокачественных опухолей у домашних собак. Секвенирование 59 генов у 671 опухолей от собак 96 пород показало, что в основе онкогенеза у людей и собак зачастую лежат одинаковые изменения в одних и тех же участках генов. Благодаря такому сходству данные, полученные при анализе лечения собак, можно будет активнее использовать в рамках доклинических исследований протоколов лечения злокачественных новообразований у человека. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports. Онкологические заболевания относятся к ведущим причинам ненасильственной смерти у домашних и бездомных собак. Большинство из них (за редкими исключениями) не передаются от животного к животному и обусловлены мутациями в протоонкогенах и опухолевых супрессорах. Патогенез некоторых опухолей собак, в частности, ангиосаркомы, меланомы и рака молочной железы, изучен лучше: про эти опухоли известно, что в их основе лежат нарушения работы тех же генов, что при возникновении таких же человеческих опухолей. Но всеобъемлющей базы мутаций в собачьих онкогенах до настоящего времени не существовало: ведь общее количество секвенированных собачьих опухолевых геномов исчисляется несколькими тысячами. Биоинформатики и ветеринары из Университетов Джорджии и Гарварда, возглавляемые профессором Ша Ин Чжао (Shaying Zhao), провели гистологическое исследование и секвенировали часть генома (экзоны 59 протоонкогенов и опухолевых супрессоров) 671 злокачественной опухоли домашних собак, относящихся к 96 разным породам. Самыми распространенными типами опухолей оказались ангиосаркома и саркома мягких тканей (в общей же сложности ученые обнаружили 23 вида злокачественных опухолей). В 59 генах было идентифицировано 543 уникальных соматических мутации (если доля мутантной последовательности кратна 50 или 100 процентов от всей ДНК этого гена в образце, то мутация была получена клеткой еще до образования опухолевого клона. «Некруглые» доли указывают на возникновение мутации уже в рамках соматической эволюции опухолевого клона). Профиль таких мутаций был связан с гистологическим типом опухоли и ее первичным очагом, но не с породой животного. Больше всего были распространены мутации в гене TP53, обнаруженные в 22,5 процента всех опухолей и в 46 процентах сарком. В этом и еще 11 генах исследователи обнаружили 18 локусов, в которых у разных животных независимо друг от друга возникали мутации. Ученые сопоставили эти горячие точки мутагенеза с результатами секвенирования 25 тысяч геномов человеческих опухолей. Восемь из выявленных точек, в генах TP53, PIK3CA, KRAS, NRAS, PTEN и BRAF, совпали у человеческих и собачьих опухолей. Данные, представленные группой профессора Чжао, составляют на сегодняшний день самый большой набор сиквенсов собачьих злокачественных опухолей. По словам авторов, сходство генетических изменений при онкогенезе у собак и людей позволит в будущем проводить доклинические исследования на собаках в рамках процедуры регистрации протоколов лечения человеческих неоплазий. Но до окончательного понимания того, насколько генетически похожи опухоли собак и людей, еще слишком далеко, ведь исследование американских ученых включало в себя только секвенирование малой части опухолевого экзома. Чем больше лекарств для таргетной терапии появляется в арсенале врачей, тем сложнее становится диагностика в онкологии. И пока одни ученые описывают, чем «рак-меццо-форте» отличается от «рака-пиано», другие ищут новые сенсоры для ранней диагностики рака. О том, насколько эффективен собачий нос в качестве такого сенсора, читайте в материале «Запах опухоли».