Коварный белок

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Коварный белок

До середины восьмидесятых годов XX века различные виды гипофизарного нанизма достаточно успешно лечили дозами гормона роста, который выделяли из гипофизов человеческих трупов. Так продолжалось до тех пор, пока такая практика не привела к гибели нескольких людей. Первым в 1984 г. скончался двадцатилетний молодой человек, которого с 3 до 17 лет лечили именно гормонами роста, полученными из гипофизов покойников. Его смерть наступила в Стенфордском университете через 6 месяцев после появления первых неврологических признаков болезни. При вскрытии был поставлен диагноз: болезнь Крейцфельда — Якоба. В 1985 г. было опубликована информация о еще трех подобных смертных случаях. Медицинский мир был встревожен. В результате были тщательно проверены все истории болезней людей, которые получали препараты гормонов роста из трупного материала. В результате выяснилось, что от болезни Крейцфельда — Якоба, заработанной таким необычным путем, к 1993 г. скончалось более 50 человек! Как следствие, применение в лечебных целях гормона роста, полученного из гипофизов человека, было запрещено.

Что же это за таинственная болезнь, и какое она имеет отношение к соматотропину и генам человека? Сама по себе эта история так любопытна, что имеет смысл немного задержать на ней ваше внимание.

История научного исследования этого смертельно опасного недуга уходит корнями в XVIII век. Именно тогда в Англии впервые была описана болезнь овец, которую местные фермеры называли скрепи (от англ. to scrape — скоблить, скрестись, тереться). Заболевшие ею овцы начинали дрожать, неистово чесаться, часто буквально соскребая с себя почти всю шерсть, и вскоре погибали.

Сначала подобную хворь считали сугубо «овечьей» напастью, но уже в первой половине XX века скрепи удалось заразить коз. За ними последовали олени, хомяки, кошки, крысы и мыши, что неизбежно породило вопрос о соответствующем инфекционном агенте. Теоретически это мог быть вирус, бактерия или одноклеточное существо, поскольку уже в 1935 г. французские исследователи доказали, что скрепи может передаваться от одной овцы к другой в результате прививки.

Дело с выделением возбудителя заболевания шло очень туго, поскольку подозреваемый в преступлениях вел себя странно. Он не вызывал никаких воспалительных процессов, защитная иммунная система хозяина на него никак не реагировала. С другой стороны, какой-то белок определенно принимал участие в начале заболевания — его обработка разрушающими белки ферментами и фенолом приводили к утрате инфекционности. При этом на возбудителя болезни практически не влияли ни ионизирующее излучение, ни специальные ферменты, активно разрушающие ДНК. Представить же себе вызывающего болезнь паразита, не имеющего собственной ДНК было очень сложно, поскольку это противоречило всем накопленным к тому времени биологическим данным.

Ситуация стала еще более интригующей, когда в 1959 г. сотрудник американского Национального института аллергии и инфекционных заболеваний Уильям Хэдлоу обратил внимание на некоторое сходство симптомов скрепи овец и одного из редких и экзотичных заболеваний человека — куру или «смеющейся смерти», как называли его жители Новой Гвинеи.

Это заболевание впервые было описано в середине 50-х годов XX века Даниелем Гайдушеком. Страдающий куру человек сначала постепенно терял координацию движений при ходьбе, а затем его начинали донимать приступы беспричинного смеха. Кончалось же заболевание отнюдь не смешно — стопроцентным летальным исходом. Сначала куру рассматривали как наследственное заболевание, но затем детальные исследования показали, что истинная причина — ритуальный каннибализм аборигенов горного племени Форе, обитающих на Новой Гвинее. Родственники умершего из уважения к покойному съедали его мозг, получая тем самым инфекционное начало «смеющейся смерти».

Развивалось заболевание чрезвычайно медленно. С момента мрачного ритуального пиршества до первых проявлений куру могли пройти годы! В 1963 г. куру удалось заразить шимпанзе, причем первые признаки заболевания проявились только через два года после инфицирования подопытных животных. В те же годы была высказана гипотеза, что куру вызывает какой-то вирус, медленно размножающийся в мозговой ткани. Однако дело с его выделением и идентификацией шло также плохо, как и с поисками причины скрепи.

Определенный шаг вперед удалось сделать, когда внимание исследователей привлекли ненормальные скопления странных белковых тяжей в мозгу мышей, специально зараженных скрепи. Развитие заболевания приводило к нарушению нормальных тканей мозга и превращению их в своеобразную губку. Аналогичная картина как раз и наблюдалась у людей с редко встречающейся болезнью Крейцфельда — Якоба (примерно один случай на миллион), которая стала известна общественности после гибели от нее известного балетмейстера Джорджа Баланчина.

Складывалось впечатление, что и скрепи, и куру, и болезнь Крейцфельда — Якоба вызываются сходными причинами. Подобные им заболевания включили в отдельную группу так называемых «губчатых болезней мозга». К ним относится и коровье бешенство, статьи о распространении которого в конце двадцатого века так взбудоражили всю Европу.

Со временем накапливалось все больше фактов, говорящих о том, что заразное начало, индуцирующее синдром Крейцфельда — Якоба и прочие губчатые энцефалопатии, напрямую связано с аномальным белком в мозгу зараженных животных и больных людей. Поскольку возбудителя заболеваний обнаружить так и не удалось, в 1982 г. сотрудником лаборатории нейрологии, биохимии и биофизики Калифорнийского университета Стенли Прузинером была выдвинута смелая гипотеза, что инфекционным началом куру, скрепи и синдрома Крейцфельда — Якоба является сам этот белок!

Прузинер выделил его в чистом виде, экспериментируя с зараженными скрепи сирийскими хомяками. Позже, в 1997 г. он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за исследование белкового возбудителя скрепи и аналогичных болезней. Тогда, в начале восьмидесятых годов, предположение о белке-возбудителе болезни нарушало все принятые в биологии каноны однако именно оно наиболее соответствовало всем накопленным к тому времени фактам.

Коварный белок назвали прионом (prion), переставив буквы в словосочетании «инфекционный белок» (INfectious PROtein). В 1985 г был открыт ген PRNP, в котором была записана информация о последовательности аминокислот в белке-прионе. Самое поразительное обстоятельство состояло в том, что этот ген обнаружили у людей, у всех млекопитающих (грызунов, жвачных, приматов), и даже у некоторых птиц (например, у кур). Это означало, что в природе существуют как минимум две формы соответствующего белка — нормальная, всегда присутствующая в мозгу людей и животных, и патогенная (которую и называют прионом). Именно последняя вызывает куру, скрепи и синдром Крейцфельда — Якоба.

Парадокс состоял в том, что информация о двух формах этого белка была записана в одном гене и обе эти формы имели одну и ту же последовательность аминокислот! Разница между ними состояла лишь в их определенной пространственной конфигурации — так называемой конформации. В частности, у «заразного» белка-приона примерно на 10 % меньше закрученных участков, чем у его без вредного собрата. К тому же, прионная форма белка хуже растворяется, и она более устойчива к разрушению ферментами. Казалось бы странно: столь малые различия и такие последствия!

Таким образом, постепенно вырисовывалась следующая странная картина. В мозгу животных и человека в норме присутствует некий белок, функции которого пока неясны. Его удается обнаружить также в легких, селезенке, мышцах, слюнных железах и кишечнике, однако, там этого белка в 10–15 раз меньше, чем в мозге. По-видимому, его роль в функционировании клеток не так уж и велика, поскольку мыши, у которых ген этого белка не работает, чувствую себя неплохо.

Редко и случайно в организме может появляться иная пространственная форма этого белка (прион). Она начинает накапливаться в мозге в виде так называемых амилоидных бляшек, которые, в конечном счете, и нарушают работу всей нервной системы. После специальной обработки этот патогенный белок виден на препаратах в виде тяжей и палочек. Именно так, редко и спонтанно, у людей возникает синдром Крейцфельда — Якоба. Выделенные в чистом виде прионы способны соединяться вместе, самопроизвольно образуя вытянутые палочки диаметром около одной стотысячной миллиметра. В каждой такой палочке содержится около тысячи молекул приона.

Попадая в другой организм, прион может вызвать появление таких же пространственных форм из нормальных белков, закодированных в том же гене, что и сам прион. Так случалось при ритуальном каннибализме на Новой Гвинее, при заражении людей препаратами гипофиза или при поедании мяса зараженных прионами коров. Иначе говоря, прион играет роль своеобразного «зародыша», влияющего на образование пространственных форм белка, чья первичная структура закодирована в гене PRNP.

Именно о таком кристаллическом зародыше прозорливо писал американский фантаст Курт Воннегут в своем романе «Колыбель для кошки». Там он описывал ситуацию, когда созданная учеными застывшая капелька воды, в которой молекулы были уложены необычным образом, привела в конечном счете к необратимой кристаллизации всей воды на планете. К. Воннегут так описывал этот феномен: «Теоретически „злодеем“ была частица, которую доктор Брид назвал „зародыш“. Он подразумевал крошечную частицу, определившую нежелательное смыкание атомов в кристалле. Этот зародыш, взявшийся неизвестно откуда, научил атомы новому способу соединения в спайки, то есть новому способу кристаллизации».

Точно таким же образом прион является как бы зародышем кристаллизации для цепочечной полимеризации «нормальных» белков, закодированных в гене PRNP. В пользу именно такой точки зрения говорит следующий факт. Если в здоровых мышей, содержащих как свой собственный, так и человеческий ген PRNP, ввести выделенный из коров прион (аномально уложенный белок), все инфицированные таким образом грызуны со временем заболеют губчатой энцефалопатией.

С другой стороны, вовсе лишенные гена PRNP мыши устойчивы к введению в их тело прионов. Этот факт подчеркивает, что введенный прион опасен не сам по себе, а лишь как «зародыш», изменяющий способ укладки «здоровых» белков. Любопытно, что размер такого «зародыша» примерно в сто раз меньше среднего вируса. Таким образом, на сегодняшний день прионы являются самыми маленькими инфекционными агентами на свете!

По-видимому, явление наследования определенной пространственной организации белков не является частным случаем, обнаруженным только при изучении губчатых энцефалопатий. Подобные явления уже замечены у низших грибов и обычных дрожжей. Феномен «прионизаций», состоящий в размножении белка-приона, может быть широко распространен в природе. Например, амилоидные бляшки, основу которых, по-видимому, составляют кристаллоподобные скопления прионов, присутствуют в мозгу людей, страдающих от болезни Альцгеймера. По данным врачей, это заболевание является самым распространением видом старческою слабоумия в США. Среди причин смерти в старости оно занимает печальное четвертое место. В частности, от нее страдает Рональд Рейган, и все американские врачи не в состоянии помочь своему бывшему президенту.

Теперь пора вернуться к карликам и гормону роста, который выделяли из трупного материала. В ряде случаев вместе с препаратом врачи, ничего не подозревая, вводили пациентам белки прионы, которые годы спустя вызывали у их подопечных болезнь Крейцфельда — Якоба. Однако нельзя же было в этой ситуации вовсе отказаться от лечения! Проблему удалось решить только с помощью методов молекулярной биологии, которые позволили наладить производство синтетического гормона. Однако различные его препараты появились не только в арсенале средств врачей, но и на черном рынке, в свободной продаже. Имеет смысл сказать об этом пару слов, поскольку с предложениями «подправить свой рост и фигуру» можно столкнуться и на просторах российского рынка медицинских препаратов.