Сотрудники Института
химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН выявили очень стабильный
пептидно-белковый комплекс голотурии Eupentacta fraudatrix (морской огурец) и
приступили к изучению его биологических функций. В результате исследования свойств
полученного объекта ученые планируют определить компоненты, которые важны для
восстановления органов и тканей. Статья о работе была опубликована в журнале Molecules.
Регенерация утраченных или поврежденных органов и
тканей — важнейший механизм адаптации некоторых животных. Это весьма
распространенное в природе явление стало ответом на жесткие условия окружающей
среды, в которых они были вынуждены существовать. Однако известно, что в ходе
эволюционного развития живые организмы постепенно теряют способность к
восстановлению. В наше время среди позвоночных ею обладают гораздо меньше
видов, чем среди беспозвоночных.
Исследование проводится совместно с учеными
Тихоокеанского института биоорганической химии Дальневосточного отделения РАН,
под руководством заведующего лабораторией ферментов репарации ИХБФМ СО РАН
профессора, доктора химических наук Георгия Александровича Невинского. По
словам младшего научного сотрудника лаборатории ферментов репарации ИХБФМ СО
РАН кандидата биологических наук Анны Михайловны Тимофеевой, один из изучаемых
сегодня механизмов регенерации связан с активностью стволовых клеток, которые
способны к практически безграничному делению, но такие свойства они демонстрируют,
как правило, только в пробирках, и во многом их характеристики зависят от
условий эксперимента. Информации по этим вопросам пока что недостаточно.
Морские иглокожие являются удобными объектами для исследования регенерации,
поскольку они могут быстро и в полной мере воспроизводить утраченные части тела
после самых разнообразных повреждений. Особый интерес для ученых представляют
голотурии, или морские огурцы, которые после разделения на две или три части в
течение нескольких недель восстанавливают внутренние органы, а затем и всё
тело. На данный момент неизвестно, какие компоненты этих организмов (гормоны,
ферменты, другие соединения) могут запускать регенерацию, поэтому их
определение является необходимым шагом.
Преобладающее количество биологических процессов
реализуется при участии белковых и белково-нуклеиновых комплексов. Например,
обмен веществ в клетках зависит от функционирования связанных друг с другом
систем ферментов, которые образуют стабильные и/или временные комплексы для
повышения эффективности, специфичности и скорости метаболических путей.
Объединение различных высокомолекулярных веществ в полифункциональные молекулы
может привести к расширению области их действия.
«Способ выделения белковых комплексов был разработан
в нашей лаборатории при исследовании молока и плаценты человека. Однако при
переходе к новому объекту мы столкнулись с некоторыми трудностями, поэтому
ранее использованные методики пришлось модифицировать, — отмечает Анна
Михайловна. — Исходные материалы прошли четыре стадии обработки: экстракцию,
центрифугирование, фильтрование и гель-фильтрацию. Первые три позволили
избавиться от лишних примесей, а последняя дала возможность разделить белки с
широким спектром молекулярных масс и получить интересующие нас группы
элементов».
Обнаруженный сотрудниками ИХБФМ комплекс морского
огурца характеризуется высокой стабильностью. Это указывает на то, что его
образование не может быть результатом случайной ассоциации белков. Кроме того,
выделенный объект имеет большую молекулярную массу, около двух миллионов
атомных единиц, что сопоставимо, например, с массой рибосом. Он формируется в
основном за счет электростатических взаимодействий, дисульфидных мостиков и
водородных связей. Протеомный анализ показал, что комплекс содержит более 20
белков и пептидов.
«Наше исследование еще не закончено, можно даже
сказать, что мы находимся только в начале пути. Окончательные данные по
свойствам комплекса голотурии еще не опубликованы, поэтому делать выводы пока
рано, — рассказывает Анна Тимофеева. — Сейчас лаборатория занимается
всесторонней оценкой полученной группы элементов, изучает ее взаимодействие с
различными субстратами. Рассматривается всё, включая даже цитотоксическое
влияние на эукариотические клетки». Работы были поддержаны проектом РФФИ
20-04-00373 а.
Среди главных целей сотрудники ИХБФМ отмечают
выявление отдельных белков из комплекса морского огурца, поиск гомологичных
молекул у человека и анализ их влияния на регенерацию. Чтобы решить эти задачи,
они в числе прочего планируют провести сравнение с уже описанными стабильными
высокомолекулярными комплексами плаценты и молока человека. Таким образом,
будут получены детальные сведения о роли каждого белка или пептида.
Исследование новосибирских ученых прежде всего
является фундаментальным, так как ориентировано на всестороннее описание
обнаруженного объекта и компонентов, входящих в его состав. Тем не менее
результаты этого проекта будут иметь и практическое значение. Не исключено, что
данные о белках, ферментах и других элементах, которые могут играть ключевую
роль в частичной или полной регенерации органов морского огурца, в будущем
найдут применение в медицине.
Дмитрий Медведев, студент отделения журналистики
Гуманитарного института НГУ
