Получен инженерный ботулотоксин с повышенной терапевтической эффективностью

В семейство ботулинических токсинов входит семь нейротоксических белков, обозначаемых латинскими буквами A–G. Они состоят из двух цепей, одна из которых является цинк-зависимой протеазой. При попадании токсина в концевые участки мотонейрона протеаза расщепляет белки, участвующие в экзоцитозе медиатора в синапс (передаче нервного импульса), что приводит к параличу мышцы. Препараты ботулотоксина типов A и B применяют в медицине для устранения спазмов и хронических болей.

Токсин несет два сайта связывания рецепторов, за счет которых он проникает в нейрон. Ранее было показано, что у ряда ботулотоксинов между этими сайтами располагается удлиненная петля, которая связывается с липидами клеточной мембраны. В новом исследовании, опубликованном в PLOS Biology, охарактеризовали взаимодействие таких петель с липидами для ботулотоксинов типов B, C, D, G и химерного токсина DC.

Для экспериментов ученые использовали нанодиски — синтетические мембранные системы, сформированные из липидного бислоя и амфипатических мембранных белков. Опыты с липид-белковыми нанодисками, не содержащими рецепторов, показали, что токсины типов B и D не связывают липиды, в отличие от токсинов типов C, DC и G. Аналогичные результаты были получены при использовании нанодисков, состоящих только из фосфолипида фосфатидилхолина.

Токсины разных типов отличались по количеству последовательно расположенных ароматических остатков на конце липид-связывающей петли. Ученые экспрессировали токсины в клетках Escherichia coli и с помощью сайт-направленного мутагенеза показали, что эти остатки являются критическими для взаимодействия с мембраной. Так, при замене двух остатков петли в ботулотоксине B токсин приобретал способность связываться с нанодисками.

При тестирование мутантного токсина на культуре кортикальных нейронов было показано, что связывание токсина с нервным окончанием остается специфичным и эффективность его повышается. Анализ in vivo на модельных мышах подтвердил большую безопасность инженерной формы в сравнении с ботулотоксином B дикого типа. Ученые предполагают, что такие результаты говорят об отсутствии диффузии из места инъекции благодаря более эффективному связыванию токсина с нейроном за счет липид-связывающей петли. По словам одного из авторов публикации, «разработка инженерных ботулинических токсинов может обеспечить новые возможности для повышения безопасности и клинической эффективности этих препаратов».