Белки, обнаруженные в мышцах птицеедов, помогают ученым понять, как генетические изменения могут привести к серьезным сердечным заболеваниям.
Хотя может показаться, что пауки имеют мало общего с людьми, некоторые из белков, составляющих их мышцы, аналогичны белкам нашего собственного тела, включая мышцы, расположенные в сердце.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале eLife, исследователи использовали белки пауков, чтобы раскрыть, как мутации в одном гене могут приводить к двум формам кардиомиопатии, одной из наиболее частых причин сердечной недостаточности и внезапной смерти у здоровых молодых людей.
Команда, возглавляемая доктором Джеймсом Уэром из Лондонского института медицинских наук MRC (LMS) в Имперском колледже Лондона, с участием исследователей из Гарвардской медицинской школы и Венесуэльского института научных исследований, считает, что результаты могут помочь в проведении генетических тестов для состояние более точное.
В основе исследования лежит белок миозин, ключевой компонент сердечной мышцы. Мутации в гене, который вырабатывает этот белок, могут вызывать различные формы кардиомиопатии, от которой страдает примерно 1 из 250 человек в Великобритании.
Доктор Уэр и его команда пытались понять, почему разные мутации в одном и том же гене могут привести к этим двум различным формам заболевания: дилатационной и гипертрофической кардиомиопатии.
Дилатационная кардиомиопатия возникает, когда сердечная мышца становится тонкой и слабой, а камеры сердца расширяются (расширяются). Напротив, при гипертрофической кардиомиопатии мышца утолщается, а камеры у основания сердца становятся меньше. Оба условия влияют на способность сердца эффективно перекачивать кровь по телу. Симптомы включают одышку, боль в груди, сердцебиение, головокружение и потерю сознания.
Исследователи использовали белки пауков, поскольку они позволили им исследовать трехмерную структуру белка гораздо более подробно, чем это возможно в настоящее время только с человеческими моделями. Они обнаружили, что длинные тонкие мышечные волокна в ногах пауков позволяют им видеть не только структуру отдельных белков, но и то, как эти белки взаимодействуют со своими соседями.
Мышцы паука подсказывают
В сердечной мышце цепи белков миозина образуют толстые нити, которые сидят бок о бок с более тонкими нитями, называемыми актином. Когда мышца сокращается, миозиновые волокна скользят по актиновым волокнам, сокращая длину мышцы. Известно, что некоторые кардиомиопатии вызваны мутациями, которые влияют на способность миозина связываться с актином, изменяя сокращение сердечной мышцы.
Однако большинство предыдущих исследований было сосредоточено на отдельных молекулах миозина. В этом исследовании модели трехмерной структуры белка позволили исследователям увидеть, что, помимо взаимодействия с актином, молекулы миозина взаимодействуют друг с другом и работают парами. Эти взаимодействия особенно важны, когда мышцы расслабляются, потому что они повышают энергоэффективность.
В последнем исследовании команда обнаружила, что мутации, вызывающие дилатационную кардиомиопатию, обычно изменяют те части миозина, которые играют роль в сокращении. Большинство мутаций, вызывающих гипертрофическую кардиомиопатию, также влияют на сокращение таким образом и дополнительно влияют на эти недавно выявленные взаимодействия, нарушая способность сердца расслабляться.
Доктор Уэр объяснил: "Сегодня генетические тесты могут определить причину этих заболеваний примерно у каждого третьего человека. Для других пациентов тесты показывают, что мутация ДНК изменяет белок, но мы не знаем, вредны ли эти изменения или безвредны. Наши результаты могут быть использованы немедленно, чтобы уточнить этот процесс и дать врачам больше уверенности в том, что они говорят о том, вызывает ли данное изменение ДНК заболевание."
Он добавляет: "Мы также показали, что более половины мутаций миозина, вызывающих гипертрофическую кардиомиопатию, лежат в этих критических областях связывания. Это показывает важность мутаций в этой области."
Выявление генетической причины болезни пациента важно, так как это может помочь определить, передадут ли он болезнь своим детям. Родственники пациентов с кардиомиопатией часто проходят регулярные и дорогостоящие обследования сердца.
Исследователи надеются, что их выводы приведут к увеличению числа окончательных диагнозов. У тех, у кого выявлено унаследованное заболевание, можно наблюдать и лечить, возможно, даже до того, как состояние можно будет обнаружить с помощью обычных тестов.