Успехи биологов уберегут клетки от гибели

Юрий Дризе, «Поиск» № 42-2015

Фото предоставлено Д.Андреевым

Старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского МГУ кандидат химических наук Дмитрий Андреев недавно вернулся из Ирландии. Вместе с коллегами из университетского колледжа города Корк (второго по величине города в Ирландии) он исследовал так называемые нейральные клетки, похожие на нейроны. Ученые по всему миру используют их в качестве своего рода «подопытных кроликов», стремясь понять, что в них происходит – как они выживают в самых неблагоприятных условиях. Добываемое исследователями новое знание поможет разработать перспективные методы борьбы с ишемическими заболеваниями, в первую очередь с инсультом.

Дмитрий Андреев далеко продвинулся в этих исследованиях. За то сравнительно недолгое время, что он изучает регуляцию белкового синтеза, ученый опубликовал в ведущих зарубежных изданиях более 20 работ. Заметим, однако, что ни этих статей, ни подвижек в развитии чрезвычайно перспективного научного направления могло и не быть. По словам Дмитрия Евгеньевича, молекулярным биологом он стал фактически случайно. Во время учебы на химфаке МГУ он вовсе не горел желанием заниматься молекулярной биологией, больше его привлекала органическая химия. Но на третьем курсе, в рамках соросовской программы, Дмитрий пошел слушать лекции, которые читали известные ученые. Среди них был профессор Иван Николаевич Шатский, посвятивший свой доклад регуляции белкового синтеза...

– Тогда я не очень хорошо представлял, что такое молекулярная биология, но тема показалась мне настолько интересной, что я решил пойти работать в лабораторию регуляции белкового синтеза, возглавляемую Иваном Николаевичем (это было в 2001 году), – вспоминает Дмитрий Евгеньевич. – Сначала был на испытательном сроке, а на пятом курсе стал штатным сотрудником лаборатории. Вместе с коллегами (Сергеем Дмитриевым и Ильей Терениным) занимался регуляцией трансляции, проводил эксперименты, опубликовал несколько статей в известных иностранных журналах, участвовал в конференциях. Однажды на конференции RNA Society в Японии (2011 год) сделал доклад и познакомился с выпускником химфака Павлом Барановым, когда-то работавшим в нашем институте, а теперь возглавлявшим лабораторию в Ирландии. 

Оказалось, что мы оба очень высоко оцениваем перспективный, но весьма трудоемкий метод рибосомного профайлинга, позволяющий получать как бы моментальный снимок всего процесса белкового синтеза в клетке. Все равно что, скажем, посмотреть в микроскоп и увидеть, как стволовые клетки превращаются в некую ткань, а заодно все изменения в синтезе матричной РНК (мРНК) и белков, которые происходят в процессе превращения. 

Договорились осваивать мудреный метод вместе, для чего мне нужно было приехать в Ирландию. Благодаря известности нашей лаборатории за рубежом и нашим публикациям, которые ирландские коллеги внимательно изучили, я получил приглашение поработать в Корке. И все три месяца, что длилась первая командировка, отрабатывал условия эксперимента – хотелось не только скопировать известную методику, но и улучшить ее. Только во второй раз оказавшись в Ирландии, провел эксперименты, и по их результатам мы опубликовали две хорошие статьи (в eLife и Genome Biology).

Теперь о сути наших исследований. Известно, что при инсульте кровеносные сосуды закупориваются или лопаются, определенная область мозга не получает кислород и питательные вещества – и нейроны погибают. Но если очень быстро прийти им на помощь, некоторые клетки еще можно спасти. Так называемое терапевтическое окно при инсульте составляет 3-6 часов, в это время еще можно повлиять на клетки, находящиеся в «зоне ишемической полутени». Нейральные клетки во многом похожи на нейроны, и если мы поймем, что происходит в первый момент, когда клетки лишаются самого необходимого (кислорода и питательных веществ), как они перестраиваются и адаптируются к неожиданному и гибельному состоянию, чтобы хотя бы часть их сумела выжить, то можно будет выработать стратегию лечения, уменьшающую разрушительное действие инсульта. Мы изучаем, как происходит регуляция экспрессии генов при отсутствии кислорода и глюкозы, как работает удивительный природный механизм адаптации. В будущем, если удастся выяснить, что некий белок начинает синтезироваться ради спасения клетки, можно попытаться воздействовать на клетку так, чтобы он «включился» заранее. Или, наоборот, подавлять определенные гены, запускающие клеточную смерть. Чтобы лучше понять начальные этапы развития ишемической болезни, мы сделали «моментальные снимки» белкового синтеза через 20, 40 и 60 минут после стресса. И увидели не только ранние изменения в синтезе белка, но и то, как весь процесс развивается в динамике. Обнаружили и очень тонкие механизмы настройки белкового синтеза, которые невозможно было увидеть ранее без использования рибосомного профайлинга. А также изменения в синтезе важных регуляторных белков, которые, по всей видимости, и определяют судьбу клетки при ишемии. Но сделать предстоит еще очень много, чтобы понять суть регуляции, которую мы наблюдаем.

На собственном опыте мы убедились, что метод рибосомного профайлинга обладает огромным потенциалом, помогает решать самые разные задачи. Можно узнать, например, как действуют новые лекарства на раковую опухоль; на какие конкретно мишени препараты влияют, а на какие нет; почему некоторые клетки чувствительны к химиотерапии, а другие нет. Полученные ответы позволят фармацевтам усовершенствовать новые препараты. Избирательное действие лекарств на раковые клетки ускорит развитие персонализированной медицины, когда лекарства подбирают исходя из характера заболевания каждого больного. Уже сейчас вполне возможно делать рибосомный профайлинг опухоли конкретного больного, чтобы изучать особенности данной опухоли и на основе результатов подбирать подходящую стратегию лечения. Однако нашу группу в первую очередь интересует регуляция белкового синтеза. Что происходит при определенных воздействиях с синтезом белка? Синтез каких белков активируется, а каких подавляется при стрессовых воздействиях и почему это возможно?

Мы уже изучили два стрессовых воздействия: когда клетка лишается кислорода и глюкозы – об этом я рассказывал, и как клетка отвечает на окислительный стресс. Мы подействовали на клетки определенным токсичным соединением, чтобы понять, что в ней происходит, когда выключается важнейший регуляторный белок, обеспечивающий белковый синтез (это фактор инициации белкового синтеза, который называется eIF2). Стоит отметить, что этот же фактор выключается и при множестве других стрессовых воздействий, таких как вирусная инфекция или воздействие радиации. Очевидно, что понимание того, как белковый синтез регулируется этим фактором, имеет очень большое значение. 

Как и ожидалось, мы увидели, что белковый синтез при данном воздействии практически полностью отключается. Это неудивительно – клетке не до синтеза новых белков, она экономит ресурсы (синтез белка – один из самых энергозатратных процессов). Некоторые белки были известны и раньше, но другие мы обнаружили впервые. Сейчас можно только догадываться, насколько они важны для выживания клетки (теперь их функцию будут пристально изучать). Мы обнаружили определенные общие черты в мРНК, кодирующих эти регуляторные белки, но пока еще полностью не поняли, как эти черты регулируют синтез белка при стрессе.

Все живое вооружено подобными специальными программами для борьбы с неблагоприятными факторами – иначе не выжить. Ученые знают об этом давно, но были известны лишь частности, а общей картины составить никак не удавалось. Рибосомный профайлинг в этом плане – почти универсальный метод, ведь он позволяет смотреть не только на синтез белка, но и на изменения количества соответствующих матричных РНК. 

– А что дальше?

Будем продолжать использовать рибосомный профайлинг, поскольку возможности его применения практически безграничны. Можно рассматривать самые разные воздействия на клетку, ведь их бессчетное количество. Чтобы реализовать все перспективные проекты, хорошо бы привлечь еще с десяток сотрудников – у них будет широкое поле деятельности. 

– У нас в стране применяют рибосомный профайлинг?

– В нашей лаборатории метод поставлен и активно используется, про других не знаю, опубликованных работ пока нет. Известно, что немало исследовательских групп проявляют к нему большой интерес. 

– Что вам понравилось в Ирландии, что вы бы позаимствовали у коллег?

– Понравилась рабочая атмосфера, царящая в лаборатории. Понравились люди: дружелюбные, открытые, интересующиеся наукой. Они вместе ходят в кино на премьеры новых фильмов, выезжают на природу в выходные дни – там так принято. А еще у них нет бюрократии (по крайней мере научных сотрудников она щадит). Не надо часами ходить по инстанциям, объясняя, для чего тебе нужен реактив, не надо оформлять накладные и счета-фактуры, а то и ездить в фирмы-поставщики, чтобы подтолкнуть, ускорить... Здесь все это отнимает уйму времени и сил. А коллегам стоит обратиться к специальному сотруднику – и реактив будет у них через неделю-две. У нас же, если повезет, то через месяц, а если нет, то и через полгода. Странно, что в таких условиях еще удается конкурировать с коллегами.

– Русских, кроме вашего соавтора, вы в Корке встречали?

– Да, знаю человек пять, которые давно там работают, устроились, как я понимаю, неплохо, многие получили ирландское гражданство. 

– Когда в очередной раз собираетесь в командировку?

– Не знаю пока. У меня и здесь полно дел. В работе несколько статей, хочется скорее их дописать и вернуться к экспериментам. А с ирландскими коллегами общаюсь по электронной почте.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

21.10.2015