Одноклеточный паразит, вызывающий сонную болезнь, отличается от других эукариот способом регуляции основного клеточного сигнального пути. Это обеспечивает многообещающую точку атаки для разработки лекарств.
Trypanosoma brucei - переносимый насекомыми эукариотический паразит, вызывающий сонную болезнь в тропической Африке, - наиболее известный представитель группы одноклеточных организмов, известных как кинетопластиды. Виды, принадлежащие к этой группе, ответственны за ряд потенциально смертельных инфекций у людей и других млекопитающих, которые трудно поддаются эффективному лечению. К ним относятся трипаносома T. cruzi - возбудитель болезни Шагаса, которая является эндемичной для большей части Южной Америки, в то время как представители родственного рода Leishmania поражают кожу и слизистые оболочки. Лейшманиоз является в основном тропической болезнью, но также встречается в Южной Европе. Исследование, проведенное Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене группой генетика профессора Майкла Бошарта с ведущим автором доктором Сабиной Бахмайер и сотрудниками, теперь показало, что у T. brucei основной внутриклеточный сигнальный путь регулируется иначе, чем у T. brucei. была установлена как парадигма у эукариот. Это открытие раскрывает потенциальную уязвимость, которая может стать многообещающей мишенью для новых и специфических методов лечения инфекций, вызванных кинетопластидными паразитами. Результаты опубликованы в онлайн-журнале Nature Communications.
Протеинкиназа А (ПКА) - это фермент, обнаруженный практически во всех ядерных (эукариотических) организмах, кроме растений, и он играет решающую роль в клеточных реакциях на внешние сигналы. Почти у всех эукариот ферментативная активность PKA зависит от связывания молекулы цАМФ, которая связывается с регуляторной субъединицей белка. PKA также необходим для выживания Kinetoplastida, поскольку было показано, что он нацелен на деление клеток, подвижность клеток и развитие в группе. Однако все попытки продемонстрировать связь между активностью цАМФ и ПКА не увенчались успехом. «Нам уже несколько лет известно, что PKA, обнаруженный в T. brucei, не может быть активирован 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, который позволил им обнаружить активность PKA в живых трипаносомных клетках. Как и в своих более ранних экспериментах в пробирке, они обнаружили, что не было изменений в активности PKA, когда внутриклеточный уровень цАМФ изменялся химическими или генетическими средствами.«В сотрудничестве с химиком, который работает в небольшой компании, мы протестировали ряд химических соединений, которые мы идентифицировали как возможные альтернативные регуляторы фермента киназы на основе наших экспериментальных данных», - говорит Бошарт. Поиск выявил ряд молекул-кандидатов, способных активировать типаносомную PKA. «Затем мы выбрали наиболее эффективный кандидат из этого набора и оптимизировали его характеристики, соответствующим образом изменив его химическую структуру», - говорит Бошарт. Таким образом, мы получили соединение, которое действовало как специфический и сильнодействующий активатор фермента».
С помощью трехмерного структурного анализа они показали, что активатор связывается с трипаносомным ферментом в том месте регуляторной субъединицы, с которым связывается цАМФ в ПКА других эукариот. Однако подробная архитектура связывающего кармана различается между двумя белками. Различия заключаются только в двух или трех аминокислотных заменах, но этих изменений достаточно, чтобы гарантировать, что цАМФ больше не подходит, в то время как синтетические альтернативы аккуратно заполняют полость.
С этими альтернативными активаторами Бошарт и его коллеги теперь имеют под рукой полезные инструменты, с помощью которых можно исследовать функцию (функции) PKA в Kinetoplastida и идентифицировать белки-мишени фермента. Кроме того, результаты представляют большой интерес с терапевтической точки зрения. При соответствующей модификации активатор, специфичный для паразита, возможно, может быть преобразован в ингибитор PKA трипаносомы, не влияя на функцию фермента хозяина-млекопитающего.