Ирина Екимова: «Я от всей души полюбила белки теплового шока»

Текст создан в рамках проекта «Завлабы»: редакция PCR.NEWS задает вопросы руководителям лабораторий, отделов и научных групп. Что бы вы сделали, если бы были всемогущи? Как должен выглядеть идеальный мир через 50 лет? Что вам не дает покоя? Какому главному правилу вы можете научить начинающих исследователей? И так далее.

«Кто познает тайну сна, познает тайну мозга» — эта фраза нейрофизиолога Мишеля Жуве была близка Юрию Федотовичу Пастухову. Он был руководителем лаборатории сравнительной термофизиологии в 1998 году, когда я впервые туда пришла. В это время лаборатория в основном занималась изучением роли сна и терморегуляции при адаптации млекопитающих и птиц к экстремальным условиям: при действии холода, при вхождении в зимнюю спячку, при голодании, после различных видов стресса.

Сон участвует во многих восстановительных процессах. Во время глубокого сна происходит очистка мозга от метаболитов, амилоидных белков, усиливается синтез АТФ, белков, глюкозы, активируется иммунная система, поэтому врачи рекомендуют хорошо выспаться перед прививками. Утром мы встаем полные работоспособности, с хорошими когнитивными функциями. Я сразу прониклась тематикой лаборатории. Поначалу моя работа была связана с изучением нейрохимических механизмов регуляции сна у птиц — у нас в лаборатории жили голуби. А в начале 2000-х я и Юрий Федотович оказались на одной конференции с коллегами из лаборатории защитных механизмов клетки Института цитологии РАН. У них был интересный доклад, посвященный белкам теплового шока.

Heat Shock Proteins (HSP) — это шапероны, которые выполняют в клетке очень важную функцию, обеспечивая протеостаз и здоровье клеток. Среди шаперонов особое место занимают HSP70 и глюкозорегулируемый белок теплового шока GRP78, экспрессия которых резко возрастает в ответ на стресс, ведущий к повреждению белковых молекул. Они выявляют белки, которые отклонились от нормы и приняли неправильную конформацию, наставляют их «на путь истинный», а также предотвращают образование токсичных амилоидов.

Очень сильный синтез шаперона HSP70 происходит при высоких температурах — допустим, когда мы идем в баню. Может, ее целительный эффект и связан с мобилизацией шаперонов? Удивительного в них много. Например, шапероны HSP70 и GRP78 считались сугубо внутриклеточными белками. Но оказалось, что они способны высвобождаться из живых клеток. Они обнаружены в крови, в ликворе — такие вот путешественники. Все эти свойства HSP70 и GRP78 навели нашего руководителя на мысль о возможном их вовлечении в регуляцию физиологических функций и механизмы нейропротекции. У нас возник вопрос, как эти белки будут работать на организменном уровне — в это время превалировали работы in vitro. С 2002 годов мы начали изучать роль молекулярных шаперонов семейства HSP70 в механизмах регуляции сна, терморегуляции и защиты функций мозга и всего организма от стрессовых и нейротоксических факторов.

Тогда мы впервые стали вводить белок HSP70 крысам и голубям. Сначала в ликворную систему мозга, так как у него большая молекулярная масса. Показали, что когда концентрация HSP70 в ликворной системе возрастает, шаперон оказывает выраженный сомногенный эффект, то есть продлевает медленный сон у птиц и млекопитающих. Другой шаперон, GRP78, тоже активно работает в этом направлении. Следовательно, оба шаперона вовлечены в обеспечение восстановительной функции сна, а значит, могут оказать защитный эффект на функциональном уровне. Ага, сказали мы!

Нам удалось показать, что, если повышать концентрацию HSP70 в головном мозге, то значительно быстрее наступает период восстановления нарушенных функций после стресса, эндотоксемии, эпилепсии, а при эпилепсии ослабевает судорожная активность.

Далее мы увлеклись исследованием защитных эффектов шаперонов в модели болезни Паркинсона у крыс. Болезнь Паркинсона — прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, по распространенности занимает второе место после болезни Альцгеймера. Терапии для него в настоящий момент не существует. При болезни Паркинсона нейроны погибают из-за того, что в них образуется цитотоксический белок альфа-синуклеин в агрегированной форме. Оба шаперона, HSP70 и GRB78, связываются с патогенными формами альфа-синуклеина, и у них пропадает цитотоксичность, стабилизируется структура, количество агрегатов в нейронах уменьшается, что способствует их выживанию.

Мы впервые показали, что если вводить индуктор шаперонов, повышающий концентрацию HSP70 в головном мозге, то признаки болезни Паркинсона отступают. У наших животных в модели доклинической стадии болезни Паркинсона отмечались депрессивноподобное поведение, гиперсомния в активную фазу суток и поверхностный медленный сон — в неактивную, что характерно и для пациентов с этим заболеванием. Проведение терапии с индуктором шаперонов устраняло у животных эти симптомы. При этом увеличивалось число выживших нейронов в моноаминергических структурах головного мозга, которые были подвержены нейродегенерации.

Почему же HSP70 уменьшает тревожность и увеличивает сон? Мы раскопали эти молекулярные механизмы и показали, что HSP70 связан с главным успокоителем мозга — ГАМКергической системой.

Эти наши данные о защитных эффектах шаперона вызвали огромный азарт к работе. Если диагностировать болезнь на доклинической стадии, до того, как появляются характерные моторные нарушения, связанные с гибелью дофаминергических нейронов в черной субстанции, и начать превентивную терапию, то мы сможем замедлить прогрессирование болезни. Пациенты смогут прожить гораздо дольше без инвалидности и дискомфорта, а расходы на лечение и реабилитацию значительно сократятся.

Окончательно пациентов такими подходами не вылечить, потому что болезнь Паркинсона по своей патофизиологии очень разносторонняя. Нет такой молекулы, которая бы повлияла на все патогенетические звенья, приводящие к гибели нейронов. Наши шапероны работают с цитотоксичными белками, в частности, с агрегированным альфа-синуклеином. Они оказывают хороший противовоспалительный эффект, а шаперон GRP78 еще умеет регулировать апоптотические каскады стресса эндоплазматического ретикулума, характерные для болезни Паркинсона. Это одни из ключевых механизмов патогенеза нейродегенерации.

Недавно мы предложили новый метод превентивного лечения болезни Паркинсона, который предполагает интраназальную доставку GRP78 в мозг. Об этом — наша статья в журнале первого квартиля International Journal of Molecular Sciences. Во-первых, мы показали, что рекомбинантный белок GRP78 человека, введенный интраназально животным в модели доклинической стадии болезни, проникает в мозг и поглощается дофаминергическими нейронами черной субстанции и микроглией. При этом дегенерация нейронов останавливается! Во-вторых, мы выяснили, что GRP78 предотвращает образование нейротоксичных форм альфа-синуклеина, активацию апоптотических сигнальных путей и развитие хронического нейровоспаления. Эти результаты дает надежду на то, что GRP78 можно будет использовать для превентивного лечения болезни Паркинсона на ранних стадиях.

 Интраназальное введение шаперона

Мы не одни работаем в этом направлении. В клиниках Лондона рекомбинантный белок GRP78 человека проходит клинические испытания, уже идет вторая стадия. Правда, для лечения ревматоидного артрита, который является следствием избыточной активации иммунной системы. Его вводят внутривенно один раз и получают у пациентов стойкую ремиссию, и это связано со способностью GRP78 проникать в иммунные клетки и влиять на их физиологию.

Остается открытым вопрос: каким образом у людей выявлять ранние, доклинические стадии болезни Паркинсона? Сейчас во всем мире идет поиск надежных клинических маркеров, которые могли бы помочь диагностировать болезнь как можно раньше. Начиная с самой ранней стадии заболевания пациента могут беспокоить снижение обоняния, запоры, нарушения сна, вегетативные и психоэмоциональные нарушения. Из таких пациентов формируют группы риска и определяют, например, содержание в плазме крови L-ДОФА, сфингомиелинов и уратов. Для подтверждения диагноза используют методы нейровизуализации, такие как транскраниальная сонография в B-режиме, МРТ, сканирование с помощью позитронной эмиссионной томографии.

Нарушения сна могут опережать другие проявления заболевания на многие годы. Первый синдром — нарушение поведения в фазу быстрого сна, в иностранной литературе он называется RBD. Обычно в время быстрого сна у нас мышцы расслаблены, а эти люди дергают руками, ногами, размахивают ими, ударить могут. Такие случаи описаны не только в медицины, но даже в юриспруденции. Двигательная активность может быть ассоциирована с кошмарными сновидениями, сноговорением, криками.

А второй синдром — гиперсомния, повышенная дневная сонливость или внезапные «сонные атаки». В нашей модели доклинической стадии болезни Паркинсона у крыс она и выскочила: RBD мы не получили. Более чем у половины пациентов с признаками RBD и гиперсомнии в течение пяти-семи лет развивается болезнь Паркинсона. Во время наблюдений за такими пациентами у них забирают кровь для поиска ранних белков-маркеров, и сейчас удалось выделить ряд биомаркеров, которые изменяются, когда пациенты переходят из доклинической в клиническую стадию. Думаю, что в ближайшие годы будет создана технология ранней диагностики болезни Паркинсона.

Второе направление в нашей лаборатории, которое меня тоже очень волнует, — показать важность сна для общества. Мы на своих моделях депривации сна показываем: вот крыса бодрствует 18 часов в сутки и шесть часов спит — пять дней мы даем такую нагрузку, и у нее теряются нейроны, развивается нейродегенерация в гиппокампе, голубом пятне, префронтальной коре, нарушаются когнитивные функции. Когда хроническое недосыпание продолжается не пять дней, а месяцы, годы, это может предрасполагать к развитию нейродегенеративных заболеваний, сахарного диабета, ожирения и даже рака из-за нарушения синтеза мелатонина.

Я бы хотела сделать нашу науку более привлекательной для молодежи. В том числе в материальном плане. Ребята приходят после окончания университета — и что их ждет? 15–20 тысяч рублей в месяц. Сейчас есть молодежные гранты, но начинающий молодой человек зачастую еще ничего толком не умеет, какой грант можно ему предложить? Он должен несколько лет поработать в лаборатории, чтобы чему-то научиться.

Второе — нужно обеспечить их жильем. Тематики у нас в институте самые разные и очень интересные. Когда рассказываешь, у них горят глаза, но когда предлагаем реально остаться в лаборатории — они сникают. Особенно это касается ребят, которые приезжают с периферии. Никто не хочет уезжать из Питера: наш город красивый, здесь можно заниматься чем угодно, расширять свои знания, а чтобы жить — надо снимать квартиру. Это дорого. Нет аспирантских общежитий, хотя раньше они были. Есть у нас программа для молодых — сертификаты на жилье выделяют, но там особенные условия, не всем они подходят.

Я от всей души полюбила белки теплового шока. Мне очень хотелось бы, чтобы все наши знания о защитных эффектах шаперонов были востребованы в медицине, а белки теплового шока стали лекарством. Они не токсичны и на самом деле работают. Довести все до логического конца — моя мечта.

Если бы я была всемогущим управленцем, я бы сделала так, чтобы в науке было меньше бюрократии и формализма и чтобы путь к потребителю был более простым и понятным. Раньше к институтам были прикреплены учреждения, чтобы облегчить ученым передачу их разработок в практику. Сейчас этого нет, а где взять деньги для доклинических исследований? Это все очень дорого и очень сложно. Жалко, если наши наработки залежатся на полках и покроются пылью. Мы начали работать в 2002 году, а сейчас 2024-й, прошло 22 года! Мы видим что-то положительное в этом направлении, но хотелось бы большего. Природа нам дала шапероны – надо брать и пользоваться.

Было бы здорово, если бы болезни Альцгеймера, Паркинсона и другие не причислялись к неизлечимым. Люди бы стали доживать до глубокой старости в комфортном состоянии и здравом уме. Думаю, это должно получиться. Ведь целые научные центры по изучению мозга созданы во всем мире, и это должно принести плоды.

Главное, что нужно ученому, да и вообще человеку — быть честным. В том числе в науке: когда ставишь эксперимент, не надо скрывать, что не получилось. Если руководитель ожидает другой результат, ты все равно приноси то, что получил, потому что любой результат можно объяснить. А еще важно умение находить главное в научной проблеме и понимать ее, не переставать учиться и смотреть вперед, иногда даже рисковать. Я бы хотела, чтобы студенты не боялись проблем, а старались их решить. Когда они много читают, рассуждают, они начинают понимать проблему, и с ними тогда интересно разговаривать и работать. Да им и самим интересно. Наукой занимаются те, кто не может жить иначе.

Беседовала Наталия Лескова