Протеинът TMEM65 предпазва сърцето и мозъка от увреждане

Откриването на протеина TMEM65, който регулира активността на митохондриалния натриево-калциев протеин NCLX, отваря широко вратата към напредък в лечението на сърдечни заболявания, но и на болестта на Алцхаймер. Това показва изследване, осъществено от екипа на проф. Джон Елрод от Медицинския факултет „Люис Кац“ на Университета Темпъл.

Протеинът TMEM65, който предпазва

Екипът установява, че в митохондриите съществува взаимодействие между TMEM65 и NCLX. Както пояснява ръководителят на проучването проф. Джон Елрод: „TMEM65 е първият идентифициран протеин, който е реален взаимодействащ фактор и регулатор на NCLX.” Ученият дава и още разяснения по темата, уточнявайки, че преносът на калций към митохондриите, които са истинските електроцентрали на клетките, е от основно значение за производството на клетъчна енергия, но и за настъпването на клетъчна смърт. А за да поддържат баланса на калция, клетките разчитат на протеина NCLX.

Митохондриалният калциев обмен играе важна роля в регулацията на клетъчното оцеляване и на проенергийните сигнални пътища. Когато митохондриите приемат много голямо количество калций, а това се случва при определени болестни състояния, тогава енергийният метаболизъм бива нарушен и клетките умират.

>>>Калциевите добавки са свързани с повишен риск от ранна смърт сред хората с аортна стеноза

Особено забележимо е това при сърцето, където претоварването с калций води до постоянна загуба на клетки на сърдечния мускул по време на сърдечна недостатъчност или на инфаркт. По същия начин ситуацията води до загуба на мозъчни клетки при болестта на Алцхаймер и други невродегенеративни състояния.

По-стара научната разработка на екипа показва недвусмислено, че NCLX е ключов играч в отстраняването на калций от митохондриите в сърцето и мозъка. В същото време, когато активността на този протеин се увеличи, това може да ограничи прогресията не само на сърдечната недостатъчност и болестта на Алцхаймер, но и на рака. Но, както признават изследователите, за тях разбирането за механизмите, които са в основата на регулирането на NCLX, продължават да бъдат неясни. До настоящото изследване, резултатите от което публикуват в списанието Nature Metabolism.

Проф. Елрод споделя, че една от причините за затрудненията при проучването и регулирането на NCLX е, че има много сложна структура.

„Затова в настоящото изследване решихме подходът ни да бъде различен. Маркирахме го с биотин, а това ни позволи да проследим взаимодействията му с други протеини в клетките.“

Д-р Джоан Гарбинсиус слива NCLX с биотинилиращ протеин. След това учените поставят синтезирания протеин обратно в клетките, а протеините в близост до него биват маркирани. Биотинилираните молекули се изолират лесно, а това позволява идентифицирането им с масспектрометрия. По този начин екипът открива TMEM65 и това, че той регулира NCLX.

Тъй като TMEM65 е митохондриален протеин, чиято функция е неизвестна, изследователите проявяват особен интерес към него. Има и още една важна подробност, за която говори д-р Джон Елрод: „Знаехме за доклад, в който е представен случай на младо момиче с микроцефалия, неврологична дисфункция и дълбока мускулна слабост, при което е установена загуба на функцията на TMEM65.“

Резултати и изводи

Екипът открива, че когато TMEM65 се отстрани от клетките, нивата на калций в митохондриите се натрупват. А това води и до основния извод, че TMEM65 е необходим за работата на NCLX и изпълнява важна функция за поддържане на нормалните нива на калций. Ролята в регулирането му е потвърдена и в миши модел. След като намаляват значително нивата на TMEM65, животните започват да губят нервно-мускулната си функция в периода на израстването си до степен, че едва могат да ходят в зряла възраст.

Когато TMEM65 е отстранен от клетките, то митохондриите на са в състояние да се освободят от излишния калций, което от своя страна води до увреждане.

Големите количества калций са сериозен проблем при много заболявания, в този смисъл откриването на начини за контролирането на калция е сериозна стъпка напред. Екипът на проф. Джон Елрод смята, че откритието им ще помогне за създаването на нови лекарства за борба с претоварването на митохондриите с калций при състояния като сърдечна недостатъчност и болест на Алцхаймер.

>>>Протеинът Contactin-4 влияе на невроните при болестта на Алцхаймер

„TMEM65 е обещаваща терапевтична цел. Ако се научим как да бъде увеличено взаимодействието му с NCLX, това ще предложи възможност за лечението на пациенти, засегнати от заболявания, при които има патогенно натрупване на калций в митохондриите“, коментира проф. Елдор.

Деканът на Медицинския факултет „Люис Кац“ д-р Ейми Голдбърг определя откритието като пример за наука, която променя и казва: „Като задълбочават нашето разбиране за митохондриалната функция, нашите изследователи проправят пътя за иновативни лечения, които ще имат огромно въздействие върху пациенти със сърдечна недостатъчност, болест на Алцхаймер и други.“

Методите, които биват използвани за откриването на TMEM65, са новаторски. За тях д-р Гарбинсиус е отличен с престижната награда за фундаментални научни изследвания на Американската кардиологична асоциация за млади учени през 2024 г.