Токсин ProTx-I из яда перуанского паука Thrixopelma pruriens избирательно блокирует клеточные каналы, открывая возможность создания новых обезболивающих препаратов. Ученые Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с МФТИ и китайскими коллегами разработали эффективные методы биосинтеза этого ценного вещества. Исследование поддержано Российским научным фондом (проект 22-14-00326).
Природная сокровищница для медицины
Малоизученные организмы – неисчерпаемый источник уникальных биомолекул для фармакологии. Особый интерес представляют паучьи токсины, содержащие множество высокоспециализированных соединений. Среди них выделяются стабильные пептиды ноттины размером 20-50 аминокислот, способные точно регулировать активность клеточных рецепторов.
Уникальные преимущества ноттинов
Эти пептиды обладают невероятной устойчивостью – сохраняют структуру при термической обработке и химическом воздействии. Благодаря устойчивости к ферментативному распаду они могут длительно циркулировать в крови, обеспечивая пролонгированный терапевтический эффект. Именно такой перспективной молекулой является исследованный ProTx-I.
Путь к обезболивающим нового поколения
Изучаемый токсин и его аналоги воздействуют на болевые рецепторы TRPA1 и натриевые каналы, ответственные за передачу нервных сигналов. Детальное исследование структуры соединения и его мишеней позволяет создавать высокоэффективные анальгетики для купирования хронической боли и неврологических нарушений.
Перспективы применения
ProTx-I представляет собой пептид из 35 аминокислот с уникальной пространственной структурой ("ингибиторный цистиновый узел"), которую стабилизируют дисульфидные связи. Разработанные отечественными учеными биотехнологические методы синтеза решают сложную задачу воспроизведения этой структуры в промышленных масштабах и открывают путь для создания новых лекарственных средств.
Прорыв в биотехнологии: Новые пути синтеза токсина ProTx-I
Ученые из ИБХ РАН, МФТИ, МГУ им. М.В. Ломоносова и Шэньчжэньского МГУ-ППИ Университета (Китай) успешно решили важную задачу. Они исследовали и сравнили эффективные методы получения токсина ProTx-I с использованием генетически модифицированных бактерий E. coli. Первоначальные попытки синтезировать пептид в цитоплазме в виде слияния с белками тиоредоксином и глутатион-S-трансферазой привели к нарушению его правильной пространственной структуры.
Инновационные подходы к экспрессии
Поиск альтернативных решений увенчался успехом! Первый эффективный метод — прямая экспрессия ProTx-I в цитоплазме, где он формирует тельца включения. Эти нерастворимые агрегаты рекомбинантных белков требуют последующей ренатурации для восстановления правильной, активной формы молекулы токсина.
Второй удачный подход — секреция гибридного белка (слияние ProTx-I с мальтозосвязывающим белком) в периплазматическое пространство бактерии. Эта область между внутренней и внешней мембранами грамотрицательных бактерий создала благоприятные условия для получения целевого пептида.
Модельные системы в действии
Активность синтезированного ProTx-I оценили с помощью ооцитов шпорцевой лягушки Xenopus laevis — превосходной модели для электрофизиологических исследований. Эти клетки наглядно демонстрируют состояние ионных каналов по изменениям трансмембранного тока. Ученые ввели в ооциты гены, кодирующие хемочувствительные каналы TRPA1 человека и крысы — важные мишени для разработки терапии болевых и воспалительных неврологических синдромов.
Неожиданные открытия о чувствительности
Исследование принесло удивительные результаты! Чувствительность человеческих рецепторов TRPA1 к ProTx-I оказалась в три раза ниже, чем у крысиных. При этом ранее мышиные каналы реагировали на токсин слабее человеческих. Ученые связывают эти различия с вариациями в аминокислотных последовательностях внеклеточных петель канала TRPA1 (S1-S2 и S3-S4), являющихся ключевым местом связывания токсина. Еще одно важное открытие: добавление всего одной лишней аминокислоты (метионина) на N-конце токсина существенно снижает его активность.
Перспективы исследований
«Мы создали высокоэффективную бактериальную систему для производства токсина ProTx-I, что открывает широкие возможности для изучения его влияния на функции ионных каналов. Полученные образцы уже позволили обнаружить важные особенности токсина. Анализ его действия на токи через мембраны ооцитов Xenopus, экспрессирующих каналы TRPA1, выявил критическую роль N-концевой области для функциональности ProTx-I», — с энтузиазмом отметила Екатерина Люкманова, профессор кафедры физико-химической биологии и биотехнологии Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ.
Учёные успешно создали искусственный вариант природного токсина паука Thrixopelma pruriens, что открывает перспективы для разработки новых эффективных обезболивающих средств!
Прорыв в создании перспективного анальгетика
Исследователи сосредоточились на токсине ProTx-I и его взаимодействии с важным болевым рецептором TRPA1. Ключевым достижением стала разработка метода рекомбинантного синтеза этого сложного вещества. Особое внимание уделялось изучению роли самой первой аминокислоты в молекуле токсина и тому, как ProTx-I действует на TRPA1 у разных видов животных. Эти знания крайне важны для понимания механизма работы будущих лекарств.
Новые горизонты в борьбе с болью
Полученные результаты имеют огромное значение! Они создают прочную научную основу для целенаправленного конструирования новых, высокоэффективных и, что очень важно, безопасных анальгетиков на основе уникальной молекулы паучьего токсина. Это исследование – значительный шаг вперёд в поиске современных решений для облегчения боли.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
