Ученые находят подсказки о том, как лечить диабет и гормональные нарушения, в неожиданном месте: в токсине одного из самых ядовитых животных на планете. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Многонациональная исследовательская группа под руководством ученых из Университета Юты обнаружила компонент в яде смертельно опасной морской конусной улитки, географического конуса, который имитирует человеческий гормон соматостатин, регулирующий уровень сахара в крови и различные гормоны в организме. Специфические, долгосрочные эффекты гормоноподобного токсина, которые помогают улитке охотиться на свою добычу, также могут помочь ученым разработать более эффективные лекарства для людей с диабетом или гормональными нарушениями, состояниями, которые могут быть серьезными и иногда смертельными.
Описанный исследователями соматостатин-подобный токсин может стать ключом к улучшению лекарств для людей с диабетом и гормональными нарушениями.
Соматостатин действует как педаль тормоза для многих процессов в организме человека, предотвращая опасный рост уровня сахара в крови, различных гормонов и многих других важных молекул. Исследователи обнаружили, что токсин улитки-конуса, называемый консоматин, действует аналогичным образом, но консоматин более стабилен и специфичен, чем человеческий гормон, что делает его многообещающим образцом для разработки лекарств.
Измеряя, как консоматин взаимодействует с мишенями соматостатина в клетках человека в чашке, исследователи обнаружили, что консоматин взаимодействует с одним из тех же белков, что и соматостатин. Но в то время как соматостатин напрямую взаимодействует с несколькими белками, консоматин взаимодействует только с одним. Это тонко настроенное нацеливание означает, что токсин улитки-конуса влияет на уровень гормонов и уровень сахара в крови, но не на уровень многих других молекул.
На самом деле, токсин улитки-конуса более точно нацелен, чем большинство специфических синтетических препаратов, предназначенных для регулирования уровня гормонов, таких как препараты, регулирующие гормон роста. Такие препараты являются важной терапией для людей, чьи тела перепроизводят гормон роста. Воздействие консоматина на уровень сахара в крови может сделать его опасным для использования в качестве терапевтического средства, но, изучив его структуру, исследователи могли бы начать разрабатывать препараты для лечения эндокринных расстройств, которые имеют меньше побочных эффектов.
Консоматин более специфичен, чем первоклассные синтетические препараты, и он также сохраняется в организме гораздо дольше, чем человеческий гормон, благодаря включению необычной аминокислоты, которая затрудняет его расщепление. Это полезная функция для фармацевтических исследователей, ищущих способы создания лекарств, которые будут иметь долгосрочные преимущества.
Поиск лучших лекарств путем изучения смертельных ядов может показаться нелогичным, но старший автор исследования Хелена Сафави из Университета Юты, объясняет, что летальность токсинов часто обусловлена точным воздействием на определенные молекулы в организме жертвы. Такая же точность может быть чрезвычайно полезна при лечении болезней.
«Ядовитые животные в ходе эволюции тонко настроили компоненты яда, чтобы поразить определенную цель в жертве и нарушить ее работу», — говорит Сафави. «Если вы возьмете один отдельный компонент из смеси яда и посмотрите, как он нарушает нормальную физиологию, этот путь часто действительно актуален при болезни». Для химиков-медиков «это своего рода короткий путь».
Консоматин имеет общую эволюционную родословную с соматостатином, но за миллионы лет эволюции улитка-конус превратила свой собственный гормон в оружие.
Для рыбной добычи улитки-конуса смертельные эффекты консоматина зависят от его способности предотвращать повышение уровня сахара в крови. И что важно, консоматин не работает в одиночку. Команда Сафави ранее обнаружила, что яд улитки-конуса включает в себя другой токсин, который напоминает инсулин, снижая уровень сахара в крови так быстро, что добыча улитки-конуса становится невосприимчивой. Затем консоматин не дает уровню сахара в крови восстановиться.
«Мы считаем, что улитка-конус выработала этот высокоселективный токсин, который совместно с инсулиноподобным токсином снижает уровень глюкозы в крови до очень низкого уровня», — говорит соавтор исследования Хо Ян Йенг.
Тот факт, что несколько частей яда конусной улитки нацелены на регуляцию сахара в крови, намекает на то, что яд может включать в себя много других молекул, которые выполняют схожие функции. «Это означает, что в яде могут быть не только инсулино- и соматостатинподобные токсины», — говорит Йенг. «Потенциально могут быть и другие токсины, которые также обладают свойствами регуляции глюкозы». Такие токсины можно использовать для разработки более эффективных лекарств от диабета.
Может показаться удивительным, что улитка способна превзойти лучших химиков-людей в разработке лекарств, но Сафави говорит, что у улиток-конусов эволюционное время на их стороне. «Мы пытались заниматься медицинской химией и разработкой лекарств в течение нескольких сотен лет, иногда плохо», — говорит она. «У улиток-конусов было много времени, чтобы делать это действительно хорошо».
Или, как говорит Йенг, «конические улитки — просто очень хорошие химики».
