Экзотический механизм сигнализации у патогенов
Одноклеточный паразит, вызывающий сонную болезнь, отличается от других эукариот способом регуляции важного клеточного сигнального пути. Это открывает многообещающую мишень для разработки лекарств.
Trypanosoma brucei — переносимый насекомыми эукариотический паразит, вызывающий сонную болезнь в тропической Африке, — лучший представитель группы одноклеточных организмов, известных как кинетопластиды. Виды этой группы вызывают ряд потенциально смертельных инфекций у людей и других млекопитающих, которые трудно эффективно лечить. К ним относятся трипаносома T. cruzi — возбудитель болезни Шагаса, эндемичной для большей части Южной Америки, а представители родственного рода Leishmania поражают кожу и слизистые оболочки. Лейшманиоз — в основном тропическое заболевание, но встречается и в Южной Европе.
Исследование, проведённое командой генетика LMU профессора Михаэля Бошарта с ведущим автором доктором Сабиной Бахмайер и коллегами, показало, что у T. brucei важный внутриклеточный сигнальный путь регулируется иначе, чем установлено в качестве парадигмы у эукариот. Это открытие выявляет потенциальную уязвимость, которая может стать многообещающей мишенью для новых специфических методов лечения инфекций, вызываемых кинетопластидными паразитами. Результаты опубликованы в онлайн-журнале Nature Communications.
Протеинкиназа A (PKA) — фермент, обнаруженный практически у всех ядерных (эукариотических) организмов, кроме растений, и играющий ключевую роль в клеточных ответах на внешние сигналы. Почти у всех эукариот ферментативная активность PKA зависит от связывания молекулы цАМФ с регуляторной субъединицей белка. PKA также необходима для выживания кинетопластид, так как, как было показано, она влияет на деление клеток, подвижность и развитие в этой группе. Однако все попытки продемонстрировать связь между цАМФ и активностью PKA провалились.
«Мы знали в течение нескольких лет, что PKA, обнаруженная в T. brucei, не может быть активирована цАМФ, но в опубликованной литературе есть несколько противоречивых сообщений», — объясняет Бошарт. — «Теперь мы всесторонне и окончательно подтвердили это неожиданное открытие экспериментально».
Для этого исследователи разработали экспериментальный тест, позволивший обнаружить активность PKA в живых клетках трипаносом. Как и в их более ранних экспериментах in vitro, они обнаружили, что активность PKA не менялась при изменении внутриклеточного уровня цАМФ химическими или генетическими методами.
«В сотрудничестве с химиком из небольшой компании мы протестировали ряд химических соединений, которые мы определили как возможные альтернативные регуляторы киназы на основе наших экспериментальных данных», — говорит Бошарт.
Поиск выявил ряд молекул-кандидатов, способных активировать трипаносомную PKA.
«Затем мы выбрали наиболее эффективного кандидата из этого набора и оптимизировали его свойства, соответствующим образом модифицировав его химическую структуру», — говорит Бошарт. — «Таким образом мы получили соединение, которое действовало как специфичный и высокоэффективный активатор фермента».
С помощью 3D-структурного анализа они далее показали, что активатор связывается с трипаносомным ферментом в сайте регуляторной субъединицы, к которому цАМФ связывается в PKA других эукариот. Однако детальная архитектура связывающего кармана различается между двумя белками. Различия затрагивают всего две или три аминокислотные замены, но этих изменений достаточно, чтобы обеспечить, что цАМФ больше не подходит, в то время как синтетические альтернативы идеально заполняют полость.
Теперь у Бошарта и его коллег есть полезные инструменты — эти альтернативные активаторы, — с помощью которых можно исследовать функцию(и) PKA у кинетопластид и идентифицировать белки-мишени фермента. Кроме того, результаты представляют большой интерес с терапевтической точки зрения. При соответствующей модификации специфичный для паразита активатор потенциально может быть превращён в ингибитор PKA трипаносомы, не влияя на функцию фермента хозяина-млекопитающего.