Ученые раскрывают вековую загадку, чтобы лечить астму и воспаление дыхательных путей

Ученые раскрывают вековую загадку для лечения астмы и воспаления дыхательных путей
                Кристаллы Шарко-Лейдена Авторы: © VIB Bioimaging Core_Amanda Concalves

Бельгийские исследовательские группы из VIB, Гентского университета, Гентского университетского госпиталя и биотехнологической компании Argenx решили вековую головоломку о наличии кристаллов белка при астме. Обычно белки не кристаллизуются в организме, но в некоторых случаях этот процесс происходит. Кристаллы Шарко-Лейдена сделаны из белка галектина-10 и были обнаружены в дыхательных путях астматиков еще в 1853 году.
                                                                                       

Однако ученые в значительной степени игнорировали кристаллы, и их фактическая связь с болезнями оставалась неизвестной. В настоящее время бельгийские исследовательские группы установили, что кристаллы очень распространены в слизи дыхательных путей, стимулируют иммунную систему и способствуют воспалению и измененной выработке слизи, что часто наблюдается в дыхательных путях астматиков. Вместе ученые и ученые компании также разработали антитела, которые могут растворить эти кристаллы, чтобы уменьшить основные признаки астмы. Такие антитела могут быть первыми в своем классе терапевтическими средствами, которые обращают кристаллы белка и лечат астму и другие хронические воспалительные заболевания дыхательных путей. Исследование опубликовано в ведущем журнале Science.

Кристаллы и болезни

В 1853 году Жан-Мартин Шарко в известной парижской больнице Сальпетриер сообщил подробные наброски бипирамидальных кристаллов, которые он наблюдал в мокроте пациентов, страдающих астмой, — наблюдение, также сделанное Эрнстом фон Лейденом в 1872 году. Эти кристаллические отложения стал широко известен как кристаллы Шарко-Лейдена (CLCs) в медицинском мире.

С тех пор они были описаны при распространенных хронических аллергических и воспалительных заболеваниях, таких как астма, бронхит, аллергический ринит и риносинусит. Однако только в течение последних нескольких десятилетий ученые подтвердили, что содержание ХЖК состоит из галектина-10, и, в конце концов, решаются споры, которые продолжались почти полтора столетия. Галектин-10 является одним из наиболее распространенных белков в эозинофилах, которые помогают вызвать воспалительный ответ у людей. Удивительно, что Gal10 остается в значительной степени растворимым в эозинофилах и образует кристаллы только после его высвобождения в качестве части иммунологической защиты. Функция Gal10 также оставалась неуловимой.

Эти кристаллы причиняют вред?

Под руководством Эммы Перссон, Кеннета Верстрате и Инес Хейндриккс команда исследователей поставила перед собой задачу проверить давнюю нерешенную гипотезу: стимулируют ли CLC иммунитет в легких и способствуют ли они чрезмерным воспалительным реакциям, приводящим к заболеванию?

Prof. Барт Ламбрехт (VIB-UGent) сказал: «Каждый врач узнает о кристаллах Шарко-Лейдена во время медицинского обучения, и каждый ассоциирует такие кристаллы с наличием эозинофилов. Они очень часто встречаются в мокроте больных астмой, особенно у пациентов с тяжелая болезнь. Однако никто не знал, что именно делают эти кристаллы и почему они там находятся. По аналогии с подагрой, где кристаллы мочевой кислоты вызывают очень болезненный приступ воспаления суставов, мы пришли к выводу, что кристаллы Шарко-Лейдена могут также вызывать вред в легких у больных астмой. «

            Растворяющиеся кристаллы Шарко-Лейдена. Предоставлено: VIB Bioimaging Core_Amanda Concalves

Кристаллы против раствора

Ученые преодолели множество технических проблем, чтобы проверить эту идею. Они должны были найти способ производства миллионов кристаллов Gal10 в лаборатории для исследовательских целей и установить, что они были идентичны CLC, обнаруженным у пациентов. Исследователи использовали полученные от пациента кристаллы, чтобы определить трехмерную структуру Gal10 вплоть до атомного масштаба. Это дало долгожданный ответ, подтверждающий, что экспериментально полученные CLC идентичны CLC, полученным от пациентов.

Prof. Саввас Саввидес (VIB-UGent): «Впервые в биохимической и медицинской истории кристаллы белка, полученные от пациента, изучаются при атомном разрешении. Весьма примечательно, что такие микроскопические кристаллы, размер которых составляет всего несколько микрометров (около тысячная часть миллиметра) пережила трудоемкий и суровый экспериментальный путь, который начался в операционном зале больницы и закончился на специализированной рентгеновской линии европейского оборудования синхротронного излучения. И в завершение, они получили данные, которые привели к прекрасному трехмерная структура молекул белка внутри них. «

Исследователи обнаружили, что Gal10 вызывал полностью подавленный иммунный ответ только тогда, когда он находился в кристаллическом состоянии. В решении Gal10 был безвреден. Наиболее важно то, что кристаллический Gal10 в форме кристаллов Шарко-Лейдена индуцировал ключевые признаки астмы, в том числе образование измененной слизи, которая является большой проблемой для большинства астматиков. Таким образом, исследование уже принесло большой прорыв с кристально чистыми выводами.

В поисках решения

Затем группа изучала, будет ли вмешательство в формирование ХЛК терапевтическим вариантом для астматиков. Именно здесь вмешалась Argenx, биотехнологическая компания из Гента. Объединенные команды разработали антитела, которые могут специфически реагировать на CLC. Примечательно, что антитела способны растворять ХЖК в течение нескольких минут в чашке Петри в лаборатории и в течение нескольких часов в слизи пациентов (также in vitro). Использование этих антител в мышиной модели астмы привело к сильному снижению воспаления легких, изменениям функции легких и выработке слизи.

Prof. Саввидес сказал: «Это было похоже на выражение молекулярной магии» теперь ты это видишь, а теперь нет «. Я провел 25 лет, изучая и мучаясь с тем, как выращивать кристаллы белка для структурной биологии, и внезапно я Я видел, как кристаллы белка растворяются в режиме реального времени. И, наконец, мы также смогли визуализировать, как эти антитела на самом деле делают свою магию, определяя их кристаллическую структуру в комплексе с их антигеном. «

Prof. Барт Ламбрехт сказал: «Наши результаты исследований были неожиданными и кристально чистыми одновременно. Я был полностью поражен тем фактом, что антитела могут быстро растворять ХЖК, которые так обильно присутствуют в нативной слизи пациентов. Хотя необходимы дополнительные тесты, данные на мышиной модели позволяют предположить, что использование этих антител может быть очень эффективным способом уменьшения чрезмерного воспаления и накопления слизи в легких у пациентов с астмой. Поскольку в настоящее время нет лекарств, предназначенных для накопления слизи в дыхательных путях, это может быть игрой Чейнджер для лечения этой болезни. «

Поделится с друзьями

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *