При слове “липиды” просвещенный рекламой читатель вздрагивает. И его можно понять. Действительно, накопление этих веществ в организме нередко приводит к ожирению и связанным с ним болезням. Но, разумеется, не все так однозначно. Научный сотрудник лаборатории оксилипинов кандидат химических наук Михаил АКИМОВ из Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН убежден, что благодаря липидам можно добиться и обратных результатов: приостановить течение тяжелых заболеваний. Работа молодого ученого, изучающего действия ацилдофаминов, поддержана грантом Президента РФ.
О том, что представляют собой исследуемые вещества и как с их помощью можно добиться поставленной задачи, Михаил Геннадьевич рассказал нашему корреспонденту.
— Ацилдофамины, механизм действия которых я изучаю, — это семейство сигнальных липидов, — объясняет ученый. — Они обнаружены в организме и млекопитающих, и более примитивных существ, например пресноводной гидры. Особенность их структуры в том, что они содержат молекулы двух классов: нейромедиаторы и жирные кислоты. Нейромедиаторы — химические проводники нервного импульса — представлены в этих липидах дофамином. Это очень важное вещество, недостаток которого приводит к тяжелым расстройствам организма, например к болезни Паркинсона. Другую часть ацилдофаминов составляют жирные кислоты (среди которых олеиновая — основной компонент оливкового масла) и незаменимые жирные кислоты, в частности арахидоновая.
Согласно исследованиям, проведенным как в нашей лаборатории, так и за рубежом, ацилдофамины синтезируются и разрушаются ферментными системами организма, в том числе теми, которые обеспечивают превращения свободного дофамина. Правда, точные пути метаболизма пока не ясны, да и роль, которую играют эти соединения в организме, до конца не изучена, однако известно, что они участвуют в передаче различной информации между клетками. Кроме того, ацилдофамины задействованы в передаче болевых импульсов и в процессах, имеющих отношение к памяти. В последние годы было также открыто цитотоксическое действие ацилдофаминов, то есть их способность убивать опухолевые клетки, а помимо этого — защищать нейрональные клетки от факторов, вызывающих нейродегенерацию. Правда, с опухолевыми клетками опыты проводили после того, как они были выделены из опухоли и много лет росли в пробирке (это так называемые “линии клеток”). Такой подход позволяет оценить действие веществ и сохранить жизнь подопытных животных, но не дает полного представления о том, как поведут себя эти вещества после введения в живой организм.
Известна цитотоксичность ацилдофаминов в отношении целого ряда линий опухолевых клеток. В одном из исследований нашей лаборатории мы обнаружили, что ацилдофамины вызывают смерть опухолевых клеток, происходящих практически из любой ткани, хотя и с разной эффективностью.
— Удалось ли разобраться в особенностях механизма уничтожения клеток?
— Полагаю, да. Недавно мы выяснили, что ацилдофамины запускают программируемую смерть клетки, или апоптоз, вмешиваясь в работу систем окислительного метаболизма. Такой механизм действия делает эти вещества достаточно перспективными для конструирования новых противораковых препаратов. Дело в том, что клеткам опухоли гораздо проще приспособиться к действию мутагенов или “выключить” сигнальный путь, на который влияет препарат, чем защититься от стрессорного вмешательства в клеточный метаболизм. Но мишени таких веществ и их безопасность для нормальных тканей еще не изучены, и поэтому в клинической практике их пока не используют.
— В названии темы вашего исследования заявляется о новом подходе к решению поставленной задачи. В чем он заключается?
— Наша цель — установить области клеточного метаболизма и системы передачи сигнала, задействованные в цитотоксическом действии ацилдофаминов. Решать подобные задачи можно несколькими способами. Наиболее распространенный — так называемый ингибиторный анализ. С помощью большого количества специальных блокаторов (ингибиторов) “выключаются” белки на поверхности или внутри клетки, которые участвуют в цитотоксическом действии других веществ. Если один или несколько блокаторов окажутся эффективными, то действие исследуемого вещества пропадает. И тот белок, против которого направлен ингибитор, можно считать мишенью вещества. Недостатки такого подхода — большой объем исследований и использование блокаторов, которые сами по себе могут быть токсичными для клетки, особенно если выключаемый ими белок должен работать, то есть обеспечивать нормальную жизнедеятельность клетки или приводить к ее гибели (в таких случаях результат работы белка определяется степенью его активности). Кроме того, такой же набор ингибиторов приходится применять при проверке действия активных метаболитов исходного ацилдофамина, что тоже существенно увеличивает объем работы и требует синтеза соответствующих веществ. Те вещества, которые применяют для идентификации мишеней, можно модифицировать особыми химическими группами, пришивая их к компонентам клетки. Но этот метод не всегда работает, в частности, когда дело касается небольших молекул: химическая модификация может сильно изменить их структуру и привести к потере активности.
Чтобы обойти все эти трудности, мы решили получить опухолевые клетки с повышенной устойчивостью к действию ацилдофаминов. Такого состояния клетки можно добиться либо за счет активизации путей разрушения веществ, либо лишив их потенциальных мишеней, либо увеличив количество этих мишеней настолько, что вывод из строя части из них под действием наших молекул пройдет незамеченным. Такие изменения обязательно должны отразиться на активности конкретных генов, и именно этот параметр мы и собираемся оценить с помощью современных методов молекулярной биологии. Так как генетический анализ будет проводиться в отношении не конкретных генов, а всего их набора, мы ожидаем, что эта технология позволит идентифицировать даже системы клетки, взаимодействующие с ацилдофаминами, которые раньше не попадали в поле зрения исследователей.
— Что вы собираетесь выяснить в ходе исследований?
— Стратегическая их цель — установить, зачем нужны ацилдофамины в организме животных и при каких состояниях их функции особенно важны для клеток. Предстоит решить немало сложных задач, чтобы ответить на ряд важных вопросов. Скажем, где и в ответ на какие сигналы образуются ацилдофамины? Как меняется их воздействие на клетки в зависимости от концентрации вещества и типа сигналов в тех случаях, когда толчком к образованию самих веществ послужили разные сигналы? Каким может быть полный спектр белков-мишеней и какие пути приводят к их разрушению (инактивации)?
В рамках нынешнего проекта надеюсь выявить мишени ацилдофаминов при их действии на опухолевые клетки. Мне уже удалось получить одну линию клеток с увеличенной в пять раз устойчивостью к цитотоксическому действию наших соединений. Дальше продвинуться пока не получается. Создается впечатление, что достигнут некоторый предел адаптации. Это само по себе важный результат, требующий отдельного исследования. Следующий этап работы — сравнение генетического материала полученной линии с исходными клетками, что и должно, в конечном счете, выявить мишени ацилдофаминов. Для того чтобы избежать погрешностей, нужно повторить такую работу еще на трех соединениях и двух линиях клеток. В ходе исследований удалось установить несколько путей возможного метаболизма ацилдофаминов и показать, что не все продукты ферментативного изменения структуры молекулы приводят к их инактивации. В некоторых случаях образуются вещества, не уступающие по цитотоксической активности исходным молекулам.
— В чем отличительная особенность ваших изысканий и какими могут быть их отдаленные результаты?
— У моей работы две ключевые особенности. Во-первых, она посвящена исследованию липидов, выполняющих сигнальную функцию. Стоит отметить, что липидомике уделяется незаслуженно мало внимания: люди по-прежнему считают, что липиды — это инертный жир, а всю регуляцию осуществляют белки и нуклеиновые кислоты. В то же время публикации в научных журналах указывают на критическую роль сигнальных липидов в процессах канцерогенеза, нейродегенеративных заболеваний и в других процессах. Наша работа поможет существенно расширить представления о том, в деятельность каких систем клетки могут вмешиваться эти необычные сигнальные липиды.
Во-вторых, традиционно отбор устойчивых к цитотоксическому действию клеток используется для того, чтобы улучшать существующие противораковые лекарственные препараты. Мы же считаем, что этот метод может быть использован для поиска таких мишеней цитотоксических веществ, которые заранее нельзя предсказать на основе имеющихся данных или теоретических построений. Если нам удастся подтвердить эту гипотезу, то с помощью разрабатываемого нами подхода можно будет получить принципиально новые данные, например, о возможном побочном действии различных лекарственных препаратов еще на стадии доклинических испытаний.
— В вашей работе бывают неожиданности?
— Большая часть времени в экспериментальной биологии заполнена достаточно рутинной работой. Необходимо делать много повторных экспериментов, чтобы исключить возможное влияние разных внешних факторов. Например, степени возмущения геомагнитного поля Земли. Как правило, результаты можно предвидеть заранее. Но истинная радость для исследователя, когда получается неожиданный результат. Например, в опытах по выведению клеток с повышенной устойчивостью я ожидал, что это свойство можно улучшать очень долго, и эксперимент будет остановлен при достижении десятикратной устойчивости, как описано в литературе. Однако оказалось, что при достижении пятикратной устойчивости к ацилдофаминам дальнейшее ее повышение невозможно, и все многократные попытки преодолеть этот барьер кончались полной гибелью клеток. Стоит отметить, что, если будет доказана избирательность цитотоксического действия ацилдофаминов в отношении раковых клеток, обнаруженный предел устойчивости может быть крайне важен, так как возникновение толерантности к химиотерапевтическим препаратам является одной из острых проблем современной онкологии.
На рисунке: Химическая структура типичного ацилдофамина
Василий ЯНЧИЛИН
Иллюстрации
предоставлены М.Акимовым
Нет комментариев