Биологи из Сколтеха, Института биологии развития РАН и Киевского национального университета обнаружили перспективные соединения для создания лекарств от фиброза печени. Эти вещества в культуре клеток ингибировали синтез гиалуроната — основного компонента соединительной ткани.
Заметив сходство двух ферментов, гиалуронат-синтазы и хитин-синтазы, ученые предположили, что ингибирующие синтез хитина инсектициды будут также препятствовать синтезу гиалуроната. Опубликованные в журнале Glycobiology исследования подтвердили эту гипотезу. Более того, инсектицид этоксазол, добавленный в корм мышей, препятствовал развитию фиброза печени у животных.
Гиалуроновая кислота, или гиалуронат, — важное для организма животных соединение, которое входит в состав соединительных тканей. Оно участвует в заживлении ран и других процессах. Человеческое тело на 0,02% по массе состоит из гиалуроната. Гиалуронат используется в медицине и косметологии, например в кремах, косметических инъекциях и глазных каплях. Организм естественным образом синтезирует это вещество при помощи фермента под названием гиалуронат-синтаза.
Меняя концентрацию гиалуроната, можно влиять на многие процессы, в том числе регенерацию. Взять, например, клетки печени. У них большой потенциал для регенерации, поэтому они склонны отмирать при повреждении. На время, пока идет восстановление, «слоты» для новых клеток «заштопываются» соединительной тканью, для формирования которой нужен гиалуронат, — объясняет руководитель исследования, профессор Юрий Котелевцев из Сколтеха.
Когда механизм «заштопывания» выходит из-под контроля и гиалуроната слишком много, соединительная ткань не способствует восстановлению, а активно зарастает поврежденные участки, образуя шрамы. В случае с печенью это ведет к фиброзу и в конечном итоге — циррозу, неизлечимому заболеванию, которое требует трансплантации и существенно обременяет систему здравоохранения.
Ранее группа Котелевцева показала, что фиброзу печени может противодействовать желчегонный препарат гимекромон («Одестон»), который ингибирует синтез гиалуроната в организме за счет действующего вещества 4MU.
В своей работе ученые из Сколтеха и их коллеги измерили ингибирующее воздействие 13 веществ на гиалуронат-синтазу. В их числе хорошо известная молекула 4MU, девять родственных ей соединений, синтезированных украинскими химиками Игорем Красиловым и Викторией Москвиной, и еще три вещества из совсем иного класса, известного своими инсектицидными свойствами.
Коллектив проверил, при какой концентрации каждое из 13 веществ становится токсичным, и в дальнейшем не превышал этого порога при измерении их эффективности. В испытаниях на клеточной культуре 4MU уступил в эффективности одной из производных от него молекул, а исследованные инсектициды продемонстрировали сходную 4MU результативность. Один из них, этоксазол, ученые также испытали на мышах, подтвердив, что он имеет аналогичное 4MU противофиброзное действие.
Механизм подавления гиалуронат-синтазы неизвестен как в случае с 4MU и родственными ей молекулами, так и для ингибиторов синтеза хитина. Однако, получив в свое распоряжение два разных типа соединений с одинаковым воздействием, ученые из Сколтеха сформулировали на этот счет гипотезу.
Ранее занимающиеся инсектицидами генетики обнаружили точечную мутацию в хитин-синтазе, которая делает этот фермент невосприимчивым к трем инсектицидам-ингибиторам, рассмотренным группой из Сколтеха: этоксазолу, бупрофезину и трифлумурону.
При помощи инструментов биоинформатики мы определили сравнительно короткую последовательность аминокислот в хитин-синтазе, где локализована мутация, ответственная за чувствительность к этоксазолу. Речь о пептиде в составе канала, который переносит собранные углеводы — хитин или гиалуронат — через клеточную мембрану. Возможно, и 4MU тоже воздействует на этот участок. Гипотеза нуждается в проверке, — пояснил Котелевцев.
По словам биолога, проверкой послужит внедрение в гиалуронат-синтазу такой точечной мутации, которая сделала бы ее невосприимчивой к инсектицидам. А для определения участка синтазы, подверженного воздействию 4MU могут помочь так называемые фотоафинные метки.
Пока же авторам работы удалось показать, что ингибиторы синтеза хитина, которые обычно используются для борьбы с вредителями, являются перспективными соединениями для понижения концентрации гиалуроновой кислоты и восстановления нормальной регенерации клеток пострадавшей от фиброза печени. Помимо этого заболевания, такие вещества могут оказаться полезными в борьбе с метаболическим синдромом и раком.
