На основе паучьего токсина можно сделать лекарства, которые будут защищать нейроны во время различных заболеваний.

Чтобы передавать сигналы друг другу, наши нейроны чаще всего используют специальные вещества – нейромедиаторы. Когда электрический импульс подходит к месту межнейронного контакта (синапсу), передающий нейрон выпускает из себя молекулы нейромедиатора, которые связываются со своими рецепторами на мембране принимающего нейрона.

Паук Argiope lobata. (Фото: Roberto / Flickr.com) 

Изображения комплексов рецепторов с молекулами блокаторами, полученные с помощью криоэлектронной микроскопии. (Фото пресс-службы МФТИ)

После того, как нейромедиатор связался с рецепторами, они открывают ионные каналы, и в итоге концентрация ионов по обе стороны клеточной мембраны меняется, также меняется электрическое напряжение на мембране, и эти изменения начинают распространяться по нейронным отросткам – импульс «перепрыгнул» через синапс и побежал дальше.

Нейромедиатора может быть мало или много, рецепторы могут связывать его с большей или меньшей эффективностью, и от таких вещей зависят разные свойства импульса. Плохо, когда нейромедиатора слишком мало – нервные сигналы затухают, нейронная цепочка перестает работать. Но также плохо и тогда, когда нейромедиатора слишком много, или когда рецепторы оказываются слишком чувствительны к нему.

Один из нейромедиаторов, глутамат, работает с различными рецепторами, среди которых есть такие, которые открывают доступ в клетку для ионов кальция. При некоторых болезнях нервной системы глутаматные рецепторы, регулирующие поток кальция, становятся слишком активными. Проблема здесь не только в том, что это влияет на проведение импульса, но и в том, что избыток кальция в клетке служит сигналом к апоптозу, программируемой клеточной гибели. То есть ионы кальция сообщают определенным клеточным белкам, что ради безопасности окружающих клетке нужно совершить суицид, даже если на самом деле все не очень страшно. Поэтому, чтобы не допустить напрасной гибели нейронов, нужны лекарства-блокаторы, которые вовремя «заткнут» кальциевые глутаматные рецепторы. Такие соединения были бы очень кстати при лечении таких заболеваний, как боковой амиотрофический склероз, болезнь Шарко, эпилепсия, нейродегенеративные расстройства и пр.

Чтобы узнать, какое вещество может заблокировать рецептор, изучают структуру молекулы самого рецептора и тех молекул, которые могут с ним провзаимодействовать. Исследователи из Колумбийского университета, Московского физико-технического института (МФТИ) и Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН проанализировали комплексы глутаматного рецептора с тремя разными молекулами-кандидатами на роль блокатора: две из них синтезировали искусственно, а третья была природным токсином из яда паука-кругопряда Argiope lobata. Молекулы всех трех блокаторов состояли из двух частей: «головы», напоминающей остаток ароматической аминокислоты, и «хвоста» различной длины, в котором несколько аминогрупп перемежались углеводородными «мостиками».

По словам руководителя исследования Александра Соболевского, все блокаторы проникают внутрь рецептора, когда тот открывается при действии глутамата; при этом блокирующая молекула располагает свой положительно заряженный «хвост» в узкую отрицательно заряженную часть ионного канала, которая пропускает только положительно заряженные ионы. Но пройти сквозь канал блокаторам не позволяет их «голова», застревающая во внутренней полости рецептора. Ионный канал оказывается заткнут своеобразной пробкой.

Важно, что токсин аргиопин и его синтетические аналоги блокируют только те рецепторы, которые пропускают кальций, и не влияют на другие. То есть нейроны смогут передавать друг другу импульсы, просто теперь клетки не будут гибнуть от избытка кальция. Притом вовсе не обязательно, что именно паучий токсин или два других вещества станут настоящими лекарствами – возможно, потом по их образу и подобию получится сделать какие-то другие лекарственные молекулы, которые будут более эффективными. Однако модельные вещества нужны для того, чтобы понять, как вообще должно действовать и как должно выглядеть такое лекарство. Подробно результаты исследований опубликованы в журнале Neuron.

Любопытно, что паук A. lobata был открыт академиком Евгением Гришиным в 1986 году. Так что перед нами наглядный пример того, почему следует изучать и охранять окружающее биоразнообразие – даже если говорить только о сугубо практических задачах, никогда не знаешь, когда и зачем тебе понадобится тот или иной червь или паук.

По материалам пресс-службы МФТИ