Очистка «клеточного мусора»: что поможет восстановить сердце после сердечного приступа?

В Госпитале Джона Хопкинса изучили активные протеины, запускающие и усиливающие очищение клеток от «неправильных» белков, которые оказывают токсичное воздействие и способствуют развитию сердечной недостаточности. Большое количество поврежденных протеинов накапливаются после приступа боли в сердце. Но теперь есть возможность «включить» функцию «чистильщика» и восстановить работу миокарда.

Кто «выносит» мусор

Сердечный приступ сопровождается повреждением кардиомиоцитов — клеток сердца. После «атаки» в сердце активируются различные ферменты. Один из них — протеинкиназа G, который регулирует ток кальция и способствует расширению сосудов. В исследованиях на мышах биологи обнаружили, что, помимо известного влияния на кальций, протеинкиназа G активирует определенный класс белков CHIP, известных как ко-шапероны (от англ. chaperone - сопровождающий, наставник). После повреждения кардиомиоцитов CHIP помогает перемещать неправильно «упакованные» или поврежденные белковые частицы в протеасомы. Это крупные молекулы в клетке, которые выполняют функцию «заводов по переработке белковых структур».

Фермент on/ фермент off

Марк Ранек, кандидат наук, доцент медицинского факультета Университета Джона Хопкинса, поставил опыт на генетически модифицированных мышах. Он блокировал подключение протеинкиназы G после сердечного приступа и сравнил уровень CHIP протеинов. Оказалось, что без протеинкиназы G уровень протеинов CHIP был намного ниже нормы. Из-за этого неправильно сформированные или поврежденные белки не восстанавливали свою структуру, а накапливались в миокарде. Опыт доказал, что ключевой фактор очистки клеток от поврежденных протеинов — это CHIP. Также исследование показало, что включение и выключение протеинкиназы G прямо влияет на функцию CHIP.

Польза для сердца и не только

Это открытие стало базой для новой идеи. Если CHIP модифицировать (усилить) с помощью протеинкиназы G или создать его генетическую имитацию, можно повысить способность клеток очищаться от поврежденных белков. 

Исследователи полны надежды, ведь после инфаркта миокарда восстановление клеток нарушается именно из-за «белкового мусора». Если вовремя начать его «переработку» в протеасомах, причем в больших масштабах, можно будет избежать сердечной недостаточности после повреждения миокарда.

Дэвид Касс, ученый университета Джона Хопкинса, рассказывает:

«CHIP очень мал, с ним легко работать, поэтому мы считает, что можно будет создать его генетическую мутацию». Этот фермент может быть полезен при лечение как сердечных заболеваний, так и неврологических, например, болезни Паркинсона или Альцгеймера. Как известно, причиной этих патологий становится именно накопление аномальных белковых частиц в головном мозге. 

Касс и его команда уже подали заявку на патент, связанный с разработкой новой терапии.

Новость подготовлена по материалам:

Cleaning up cellular trash helps hearts recover after heart attacks by Vanessa McMains, Johns Hopkins University https://medicalxpress.com/news/2020-12-cellular-trash-hearts-recover-heart.html

Ranek, M.J., Oeing, C., Sanchez-Hodge, R. et al. CHIP phosphorylation by protein kinase G enhances protein quality control and attenuates cardiac ischemic injury. Nat Commun 11, 5237 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18980-x https://www.nature.com/articles/s41467-020-18980-x

Meacham, G., Patterson, C., Zhang, W. et al. The Hsc70 co-chaperone CHIP targets immature CFTR for proteasomal degradation. Nat Cell Biol 3, 100–105 (2001). https://doi.org/10.1038/35050509 https://www.nature.com/articles/ncb0101_100