Дослідники з Scripps Research розробили інноваційну стратегію націлювання на невпорядковані білки шляхом модифікації протеаз ботулотоксину для селективного руйнування α-синуклеїну, потенційно відкриваючи нові терапевтичні підходи до лікування хвороби Паркінсона та інших захворювань.
Наукове дослідження, опубліковане 24 березня 2025 року в Proceedings of the National Academy of Sciences, демонструє перепрограмування протеази ботулотоксину. Вчені використали α-синуклеїн як модельний білок через його роль у хворобі Паркінсона. Це відкриття може революціонізувати підходи до лікування захворювань, пов’язаних з невловимими білками. Результати підтверджують концепцію ширшого підходу, який потенційно застосовний до багатьох мішеней у протеомі людини.
Піт Шульц, старший автор дослідження та президент Scripps Research, пояснює значення цієї роботи. “Ця робота висвітлює, як ми можемо використовувати можливості лабораторної еволюції для конструювання протеаз, які пропонують новий спосіб лікування захворювань, спричинених важкодоступними білками”, – зазначає він. Ці ферменти представляють новаторський підхід до боротьби з невиліковними досі захворюваннями.
Модифікована протеаза базується на ботулотоксині, відомому завдяки його використанню в препараті ботокс. У природі цей токсин містить протеазу, яка вибірково руйнує білок SNAP-25. Руйнування цього білка порушує нервову сигналізацію, що призводить до тимчасового паралічу.
Спрямована еволюція для створення Протеази 5
Для перепрограмування протеази дослідницька група використала метод спрямованої еволюції. Цей лабораторний процес передбачає введення мутацій та відбір варіантів з покращеною функцією.
Найбільшою складністю було забезпечення вибірковості протеази. Вона мала атакувати виключно α-синуклеїн, залишаючи інші білки недоторканими. Попередні спроби терапевтичного використання протеаз призводили до неспецифічного розщеплення багатьох білків і токсичності.
α-Синуклеїн представляє клас внутрішньо невпорядкованих білків (IDPs), які не мають стабільної форми. “α-Синуклеїн є неймовірно складним білком для впливу, оскільки він не має стабільної структури”, – зазначає Сондерманн. Ця нестабільність робить такі білки складними мішенями для традиційних ліків.
Під час тестування на людських клітинах розроблена Протеаза 5 продемонструвала вражаючі результати. Вона майже повністю знищила всі білки α-синуклеїну без прояву токсичності. Це відкриває перспективи для створення ліків проти захворювань, що раніше вважалися невиліковними.
Перспективи та виклики для клінічного застосування
Перш ніж ця технологія стане життєздатною терапією, необхідно подолати кілька перешкод. Основні виклики включають транспортування протеази до мозку через гематоенцефалічний бар’єр. Також необхідно забезпечити відсутність імунної відповіді на фермент.
Проте ботулотоксин має природні переваги як основа для терапії. Він здатен проникати в нейрони і має історію використання з мінімальними імунними реакціями. “Ботокс використовувався протягом десятиліть з мінімальною імунною реакцією, що робить його багатообіцяючою відправною точкою для терапевтичного ферменту”, – зазначає Сондерманн.
Лабораторія Scripps Research вже застосовує розроблену методологію для атаки на інші мішені. Зокрема, ведеться робота над протеазами проти білків c-Myc і K-Ras, пов’язаних з розвитком раку. “Це тільки початок”, – підкреслює Шульц. Команда сподівається створити платформу для боротьби з широким спектром захворювань.
Хоча шлях до клінічного застосування ще довгий, дане дослідження представляє важливий прорив. Воно демонструє принципову можливість створення високоселективних терапевтичних ферментів для боротьби з раніше невловимими білками.
