Для того чтобы понять принцип работы «молекулярных ножниц», следует рассмотреть общий процесс образования амилоидных отложений в организме человека и болезнь, вызываемую им — амилоидоз.
Амилоидоз — проклятие укладывания протеинов
Амилоид встречается или появляется не только у больных БА, но образуется и в результате неправильного построения белка, что может стать причиной многих болезней, называемых амилоидозом. Так, например, амилоидные отложения вызывают диабет, а также заболевания селезенки, печени, почек и сердца.
Многократно цитируемая нами А. Фуртмайер-Шу приводит пример с пациенткой Анной Рихтер. Мадам Рихтер, обычно очень живая женщина, на протяжении четырех десятков лет своей жизни никогда серьезно не болевшая, вдруг почувствовала недомогание. Врач определил у нее в моче белок и диагностировал амилоидоз — загадочную болезнь, которая почти всегда ведет к смерти. Шесть недель спустя Анна Рихтер умерла.
В различных органах многих людей на протяжении всей жизни незаметно собираются амилоиды. Твердые, как доски, но в то же время салообразные и стеклоподобные отложения медики наблюдают уже в течение двух столетий в селезенке, печени, почках и надпочечниках. В печени, например, иногда образуются куски до 5 кг весом. Определенные органы — печень, сердце или почки — могут быть поражены лишь в далеко продвинутой стадии заболевания. Поэтому жалобы возникают только в последней стадии, когда размеры отложений уже достаточно велики. Такие тяжелые формы амилоидоза возникают редко, патологоанатомы встречают их при вскрытии с частотой, равной, примерно 1 %. Тем не менее невыявленные амилоидные отложения более часты, чем, например, рак. Очевидно, умирает от этого не каждый. Известный разработчик амилоида Линке подозревает, что амилоидные отложения в органах нередко могут быть причиной широкого спектра старческих заболеваний. Ученый далее поясняет: «Так, например, возникновение старческого диабета связано с амилоидозом».
Как показали опыты в Швеции, амилоид уменьшает производство инсулина в поджелудочной железе. Кроме того, так называемые нарушения ритма сердца происходят во многих случаях, вследствие отложения амилоида в сердечной мышце, которую они сильно ослабляют. Именно от этой болезни скончался Жорж Гленнер, уже упомянутая нами звезда американской микробиологии.
Сорок процентов пожилых людей имеют в своих органах амилоидные отложения, образованию которых способствуют различные белковые соединения. Эти различные белки имеют одну общность — они обладают одинаковыми структурными областями, под влиянием которых белковые молекулы вместо того, чтобы укладываться в клубок, образуют блокирующие волокна. «Амилоидоз — это проклятие укладывания протеинов», — констатировал в свое время Бейройтер, специалист в области биохимии.
Протеины обеспечивают свою стабильность в крови и других жидкостях нашего тела за счет способности к укладыванию своих молекулярных цепей в форме клубков. Биохимики называют это свойство гармоникоподобного укладывания β-укладыванием. Зарекомендовав себя в течение эволюционного развития как полезное, оно несло в себе одновременно и своеобразную опасность: если физиологические соотношения неблагоприятны, то вместо шарообразных строений или структур выстраивались открытые, вытянутые молекулярные цепи.
При высокой молекулярной плотности отдельные протеиновые молекулы не в состоянии принимать шарообразную форму — как открытая рука не может образовать кулак, а остается открытой и приклеивается к другой «открытой руке» следующей молекулы. Множество таких связанных вместе «рука в руке» молекул представляют собой своеобразную свернутую пачку. Эти образования, которые в процессе своего рода кристаллизации, укладываются в фибриллы, не растворяются, не могут быть разрушены и требуют больше пространства, чем круглые шарообразные молекулы. Они разрушают клетки или тонкие и нежные кровеносные сосуды, на которых откладываются, что ведет к подавлению еще здоровых клеток новообразованными кристаллическими структурами.
Завоевание пространства головного мозга и, как следствие, вытеснение и подавление нормальных, здоровых клеточных структур очень часто лежит в основе объяснения возникновения БА и других болезней, связанных прежде всего с разрушением человеческой личности. В прогрессивной стадии БА у большинства пострадавших амилоидные отложения накапливаются также и в кровеносных сосудах мозга.
Почему протеины уже больше не выполняют свои нормальные функции в нервных клетках, а изменяют свои трехмерные структуры в сторону образования кристаллических агрегатов — вот главный вопрос различных современных спекуляций.
При помощи химических методов и посредством специфических антител можно анализировать состав агрегатов этих отложений при различных заболеваниях. Например, при болезни Крейцфельда — Якоба (БКЯ) агрегаты состоят в основном из прионовых протеинов, функции которых в клетке еще неизвестны; при БА-агрегаты образуются и располагаются между нервными клетками и построены на 90 % из β-амилоидопротеина; частицы Леви у пациентов с болезнью Паркинсона находятся внутри клеток и состоят из протеина под названием α-синуклеин.
Завоевание пространства головного мозга и, как следствие, вытеснение и подавление нормальных, здоровых клеточных структур очень часто лежит в основе объяснения возникновения БА и других болезней, связанных прежде всего с разрушением человеческой личности.
Какие функции этот протеин выполняет в клетке в нормальном состоянии, еще неизвестно, однако известно, что он принимает участие в передаче нейронового сигнала через синапсы к соседней клетке. Так, например, при обучении пению у певчих птиц образуется протеин, очень напоминающий α-синуклеин. Он, как любой протеин, построен из цепей аминокислот, химические свойства которых определяет их трехмерная пространственная структура. В процессе кристаллизации произвольно образуются протеиновые волокна, которые представляют собой очень тонкую структуру, до удивления напоминающую структуру отложений у Паркинсона-пациентов. Так возникло предположение, что кристаллизация α-синуклеина играет решающую роль при образовании отложений. Этот процесс может быть смоделирован при различных условиях. Так, например, с повышением степени кислотности и оксидативного стресса, повышается тенденция к кристаллизации.
Наряду с α-синуклеином в мозге был открыт еще один, близкий к нему по структуре, β-синуклеин. Он находится в синапсах, там же, где и α-синуклеин, только имеет значительно более низкую склонность к кристаллизации. Разница в том, что α-синуклеин имеет в составе своей молекулы чрезвычайно гидрофобный (склонный к водоотталкиванию) отрезок (аминокислоты от 60 до 95), в то время как у β-синуклеина нет соответствующего отрезка. Водоотталкивающие отрезки молекул имеют тенденцию к соединению, так как они окружены «враждебными» водяными молекулами.
Белковые отложения, обладающие сопротивлением к разрушению, содержат водоотталкивающие, то есть гидрофобные аминокислоты. В итоге белок становится нерастворимым и оседает. Наоборот, «здоровые», растворимые белковые молекулы сложены таким образом, что гидрофилы, то есть «любящие» воду элементы аминокислот, укладываются по внешней стороне, а гидрофобные элементы — внутри молекулярного пучка.
