Дослідники СПбДУ створили нову теорію дифузійних експериментів ЯМР для вивчення амілоїдних фібрил - ключових факторів, що провокують різні форми деменції, включаючи хворобу Альцгеймера. Взявши теорію за основу, дослідники показали, що за допомогою дифузійного фільтра можна розділяти спектральні сигнали фібрил та інших компонентів амілоїдогенного зразка і отримувати їх індивідуальний спектр. Довгий час це вважалося неможливим. Стаття з результатами дослідження опублікована в одному з найпрестижніших наукових журналів з хімії Angewandte Chemie.
Хвороба Альцгеймера - це поширене нейродегенеративне захворювання, при якому відбувається поступова загибель нейронів, як наслідок, виникає деменція. Точний механізм і причини розвитку розладу поки не відкриті, але відомо, що в мозку хворих відбувається утворення амілоїдних бляшок. Бляшки складаються з амілоїдних фібрил - особливих нитевидних утворень, формованих амілоїдними білками.
"Кількість хворих з нейродегенеративними розладами в майбутньому буде зростати. Завдяки успіхам людства в лікуванні раку і серцево-судинних захворювань все більша кількість людей доживає до 80 років. У цьому віці ризик розвитку нейродегенеративних розладів, у тому числі хвороби Альцгеймера, стає дуже високим. Ліків від цих захворювань, на жаль, досі не знайдено ", - розповідає один з авторів дослідження Микола Скринніков, завідувач лабораторією біомолекулярного ЯМР СПбДУ, професор, PhD.
За його словами, в структурних особливостях амілоїдних відкладень вчені розібралися зовсім недавно. Але більш детальне вивчення процесу амілоідогенезу пов'язане з низкою перешкод. Зокрема, тому, що в тканинах мозку амілоїдні фібрили співіснують з іншими структурними формами амілоїдогенного білка - мономерами, протеолітичними фрагментами і різними олігомерами, частина з яких служить «зародками» для побудови нових фібрил.
Аналізувати таку суміш досить важко, оскільки, наприклад, при дослідженні методом ядерного магнітного резонансу (ЯМР) виходить безліч спектрів, які відображають не тільки цікаві вчених фібрили, але й інші стани білка. Тому фахівці шукають способи, які б дозволили розділити спектральні сигнали фібрил і супутніх ним інших структурних форм.
Найбільш очевидним і простим методом, застосовним для цієї мети, є так званий «дифузійний фільтр». Це спеціальний ЯМР-експеримент, що дозволяє відокремлювати сигнали від важких фібрил і інших (більш рухливих) компонентів зразка.
Але близько десяти років тому вчені з Оксфордського університету опублікували дві статті, в яких можливість реалізації такого фільтру для зразків амілоїдних фібрил була поставлена під сумнів. Після цього дослідження в даній області припинилися.
"Рух фібрили можна порівняти з випадковим переміщенням колоди на поверхні водойми, а руху мономеру - з переміщенням хвоїнки. Дослідники з Оксфорда стверджували, що обертання колоди може виявитися швидше через те, що при повороті лінійна швидкість на його кінцях виходить досить високою. З цієї причини, на думку авторів, розрізнити колоду і швидку хвоинку стає неможливим, - пояснює Микола Скринніков, - але це зовсім не так ".
Вчені СПбДУ перевірили висунуту оксфордськими колегами тезу і не тільки спростували її, а й створили нову теорію дифузійного експерименту ЯМР.
Причому дослідники описали суть явища трьома методами: аналітичним - вивели компактну формулу, що відображає результати експерименту; чисельним - вирішили диференційне рівняння за допомогою відповідного чисельного алгоритму; методом Монте-Карло - шляхом комп'ютерного моделювання випадкових переміщень фібрили в розчині. У підсумку всі три методи показали фактично ідентичні результати, підтвердивши тим самим вірність отриманій теорії.
Для експериментальної перевірки нової теорії був обраний білок Sup35, що володіє амілоїдогенними властивостями. Велика роль у вивченні цього білка належить вченим Університету.
У число перших його дослідників увійшли професор СПбДУ Сергій Інге-Вечтомов, а також його учні та послідовники. Використовуючи Sup35 в якості модельної молекули, команда дослідників з лабораторії біомолекулярного ЯМР СПбДУ спільно з вченими кафедри генетики і біотехнології СПбДУ на практиці довела, що використання дифузійного фільтру в зразках, що містять амілоїдні фібрили, можливо. Дослідникам вдалося отримати спектр фібрил, «очищений» від інших спектральних сигналів.
"20-30 років тому вчені слабо розуміли, що відбувається в мозку людини при настанні деменції. Поступово знання накопичувалися, з'являлися нові методи дослідження. З їх допомогою зараз ми знаємо про існування амілоїдних відкладень і маємо досить детальне уявлення про їх структуру, - зазначає Микола Скринніков. Наша теорія і її доказ - це внесок у масив фундаментальних знань, на який спираються медичні хіміки, коли ведуть пошук нових ліків. Запропонований нами дифузійний фільтр для експериментів ЯМР в амілоїдогенних системах зможе в майбутньому допомогти в цьому пошуку ".
Для інформації:
У дослідженні брали участь:
- постдок, науковий співробітник лабораторії біомолекулярного ЯМР СПбДУ Борис Харків
- заступник керівника лабораторії біомолекулярного ЯМР Іван Подкоритов
- науковий співробітник кафедри генетики та біотехнології СПбДУ Станіслав Бондарєв
- молодший науковий співробітник кафедри генетики і біотехнології СПбДУ Михайло Білоусов
- аспірант кафедри ядерно-фізичних методів дослідження СПбДУ Владислав Саліков
- професор кафедри генетики та біотехнології СПбДУ Галина Журавльова
- керівник лабораторії біомолекулярного ЯМР СПбДУ, професор Микола Скринніков