Новый инструмент позволяет изучать ключевые для болезней пути клеточной передачи сигналов

Ученые из UCSF разработали инструмент, способный изучать сложные сети клеточной передачи сигналов, играющие важную роль в биологии человека и болезнях. Технология особенно перспективна для понимания и лечения психических заболеваний.

Метод, описанный 6 апреля 2016 года в Cell, значительно упрощает изучение большого семейства сенсорных белков — G-белок-сопряженных рецепторов (GPCR). Эти рецепторы, расположенные в клеточных мембранах, позволяют клеткам реагировать на химические сигналы. Примерно 40% лекарств нацелены на тот или иной тип GPCR.

Новая методология позволяет точно определить локальное белковое окружение рецепторов, когда они динамически меняют партнеров и перемещаются внутри клетки, — сказал Марк фон Застроу, один из старших авторов статьи.

В основе инструмента лежит фермент APEX, который присоединяют к рецептору-мишени. При активации фермент помечает химическим тегом близлежащие белки. Используя масс-спектрометрию и активируя APEX в разное время, исследователи могут строить детальную и объективную карту белковой сети, лежащей в основе клеточного ответа на активацию конкретного GPCR.

В качестве доказательства концепции команда использовала метод для изучения механизмов толерантности к опиоидным обезболивающим (например, морфину). Известно, что толерантность возникает, когда клетки в ответ на длительное применение опиоидов разрушают или "снижают регуляцию" опиоидные рецепторы GPCR, но триггеры этого процесса были неизвестны.

Используя инструмент на основе APEX, исследователи UCSF обнаружили, что два клеточных белка, ранее не известные своим взаимодействием с опиоидными рецепторами, тесно связаны с дельта-опиоидными рецепторами именно в то время и в том месте, где клетка нацеливается на их разрушение. Генетические манипуляции подтвердили, что оба белка необходимы для процесса снижения регуляции.

Кроган и фон Застроу особенно заинтересованы в классах GPCR, опосредующих химическую передачу сигналов в мозге. Этот новый подход является центральным элементом крупного совместного проекта Psychiatric Cell Mapping Initiative в рамках QBI. Цель — понять, как аномальная активность биохимических сетей в разных типах клеток мозга может способствовать различным психическим расстройствам.

Большинство химических сигналов мозга (нейротрансмиттеры, такие как дофамин, серотонин, глутамат и GABA) связываются со своим собственным классом GPCR. Эти рецепторы нейротрансмиттеров глубоко вовлечены во многие психические заболевания и являются мишенями многих психиатрических и психоактивных препаратов.

Этот новый инструмент позволит нам изучить, как GPCR работают по-разному при психических заболеваниях, что поможет понять, почему возникают эти расстройства, а также позволит проверить, как психиатрические препараты на самом деле изменяют работу клеток-мишеней, — сказал Невэн Кроган.