По словам ученых под руководством микробиолога Калифорнийского университета в Сан-Франциско и эксперта по туберкулезу Джеффри Кокса, доктора философии, белок, находящийся в центре исследований болезни Паркинсона, теперь также играет ключевую роль в уничтожении бактерий, вызывающих туберкулез.
Белок, названный Паркин, уже является предметом интенсивных исследований при болезни Паркинсона, при которой его нарушение связано с потерей нервных клеток. Кокс и его коллеги теперь сообщают, что Паркин также действует на туберкулез, вызывая разрушение бактерий иммунными клетками, известными как макрофаги. Результаты появятся онлайн сегодня (4 сентября 2013 г.) в журнале Nature.
По словам Кокса, это открытие предполагает, что стратегии борьбы с болезнью, уже исследуемые в доклинических исследованиях болезни Паркинсона, также могут оказаться полезными в борьбе с туберкулезом. Кокс изучает способы увеличения активности Паркина у мышей, инфицированных туберкулезом, используя стратегию, аналогичную той, которую изучает его коллега из UCSF Кеван Шокат, доктор философии, как способ предотвратить нейродегенерацию при болезни Паркинсона.
Во всем мире туберкулез убивает 1.4 миллиона человек ежегодно передаются от человека к человеку по воздуху. Болезнь Паркинсона, наиболее распространенное нейродегенеративное двигательное расстройство, также поражает миллионы в основном пожилых людей во всем мире.
Кокс обратился к ферменту Паркин как к общему элементу при болезни Паркинсона и туберкулезе в своих исследованиях того, как макрофаги поглощают и уничтожают бактерии. В некотором смысле макрофаг, что в переводе с греческого означает "большой людоед"- поглощает чужеродные бактерии посредством процесса, который ученые называют ксенофагией.
Mycobacterium tuberculosis, наряду с некоторыми другими типами бактерий, включая сальмонеллу и Mycobacterium leprae, вызывающую проказу, отличаются от других видов бактерий тем, что, как и вирусы, они должны проникать внутрь клеток для успешного заражения.
Битва между макрофагами и микобактериями может быть особенно напряженной. M. туберкулез проникает в макрофаг, но затем попадает в мешочек внутри макрофага, который отделяется от внешней мембраны клетки. Бактерии часто выходят из этой внутриклеточной тюрьмы, секретируя белок, который разрушает мешочек, но снова становятся мишенью для молекулярных цепей, состоящих из белка, называемого убиквитином. Ранее Кокс обнаружил молекулы, которые сопровождают эти связанные микобактерии в более безопасное место внутри клеток, называемых лизосомами, где бактерии уничтожаются.
Клетки небактериальных организмов различной сложности, от пекарских дрожжей до человека, также используют аналогичный механизм, называемый аутофагией, для удаления своих собственных ненужных молекул или изношенных клеточных компонентов. Среди наиболее распространенных и важных из этих компонентов – митохондрии клетки, метаболические электростанции, которые превращают молекулы пищи в источник энергии, который клетка может легко использовать для выполнения своих повседневных домашних дел, а также ее более специализированные функции.
Как и другие клеточные компоненты, митохондрии могут изнашиваться и работать со сбоями и часто требуют замены. Процесс утилизации митохондрий, называемый митофагией, зависит от паркина.
Коксу стало интересно узнать об этом ферменте, когда он узнал, что определенные естественные вариации гена Паркина, называемые полиморфизмами, связаны с повышенной восприимчивостью к инфекции туберкулеза.
"Из-за общих черт митофагии и ксенофагии внутриклеточных микобактерий, а также связи между полиморфизмом гена Паркина и повышенной восприимчивостью к бактериальной инфекции у людей, мы предположили, что Паркин также может быть задействован в M. туберкулез и нацелить его на ксенофагию," Кокс сказал.
В макрофагах мыши и человека, инфицированных M. туберкулез в лаборатории, Паркин сыграл ключевую роль в борьбе с бактериями, как выяснили Кокс и его коллеги. Кроме того, генно-инженерные мыши, лишенные Паркина, умерли при заражении M. туберкулез, в то время как мыши с нормальным паркином пережили инфекцию.
Кокс утверждает, что участие паркина в нацеливании как на поврежденные митохондрии, так и на инфекционные микобактерии возникло давно. В рамках исследования Nature группа исследователей обнаружила, что мыши и мухи с дефицитом паркина – существа, довольно далекие от людей в эволюционном периоде – также более чувствительны, чем нормальные мыши, и мухи к внутриклеточным бактериальным инфекциям.
Оглядываясь назад, более чем на 1 миллиард лет, Кокс отметил, что митохондрии произошли от бактерий, которые были поглощены клетками в симбиотических отношениях.
Точно так же, как иммунная система распознает инфекционные бактерии как чужеродные, сказал Кокс, "Эволюционное происхождение митохондрий от бактерий предполагает, что, возможно, дисфункция митохондрий запускает распознавание митохондрий как чужеродных."
Продемонстрировав важность паркина в борьбе с микобактериальной инфекцией, Кокс начал работать с Shokat, чтобы найти способ повысить активность паркина против бактерий, вторгающихся в клетки. "Мы изучаем возможность разработки низкомолекулярных препаратов для активации паркина, чтобы лучше бороться с туберкулезной инфекцией," Кокс сказал.