Ученые из Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) Министерства энергетики США получили новые данные, объясняющие, каким образом белок-переносчик эфиров холестерина (БПЭХ) опосредует трансформацию «хорошего» холестерина – липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) – в «плохой» холестерин – липопротеины низкой плотности (ЛПНП). Это исследование указывает путь к более безопасным и эффективным ингибиторам БПЭХ следующего поколения, способным предотвратить развитие сердечно-сосудистых заболеваний.

Оптимизированная электронная
микроскопия с негативным
окрашиванием показала
бананообразную форму
белка-переносчика эфиров
холестерина. (Фото: Gang Ren)

Сердечно-сосудистые заболевания, в первую очередь, атеросклероз, остаются ведущей причиной смертности во всем мире. Основными факторами риска их развития являются повышенный уровень холестерина низкой плотности и/или пониженный уровень холестерина высокой плотности в плазме крови. Так как активность БПЭХ может понизить концентрацию ЛПВП, а дефицит этого белка связан с повышением уровней ЛПВП в крови, БПЭХ стал очень востребованной фармакологической мишенью препаратов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Однако, несмотря на высокий клинический интерес к ингибиторам БПЭХ, о молекулярных механизмах БПЭХ-опосредованной трансформации липопротеинов и даже о его взаимодействии и связывании с липопротеинами известно очень мало.

Американские ученые впервые получили структурные изображения взаимодействия БПЭХ с ЛПВП и ЛПНП. Эти изображения и структурный анализ подтверждают гипотезу о том, что трансформация ЛПВП в ЛПНП происходит при участии туннеля, проходящего через центр молекулы БПЭХ. Эксперименты показали, что БПЭХ – небольшая (53 кДа) асимметричная молекула с коническим N-концевым и глобулярным С-концевым доменами, имеющая форму банана. N-конец БПЭХ проникает в ЛПВП, а его C-конец взаимодействует с ЛПНП/ЛПОНП, образуя трехкомпонентный комплекс. Структурный анализ привел исследователей к гипотезе, предполагающей, что это взаимодействие генерирует молекулярные силы, искажающие структуру концов белка, что создает поры на обоих его концах. Эти поры связаны с центральными полостями БПЭХ и образуют туннель, который служит каналом для движения холестерина из ЛПВП.

Исследовать реакции БПЭХ с помощью традиционных структурных методов визуализации очень трудно, поскольку взаимодействие с БПЭХ может изменить размер, форму и состав липопротеинов, особенно ЛПВП. Ученые добились успеха, используя оптимизированный ими протокол электронной микроскопии с негативным окрашиванием, что позволило определить структуру и провести эффективный скрининг более 300 образцов, полученных при различных условиях. Получив изображения взаимодействия БПЭХ со сферическими частицами ЛПВП и ЛПНП и обработав их, ученые получили трехмерные реконструкции БПЭХ и БПЭХ, связанного с ЛПВП. Для оценки молекулярной подвижности и описания вероятных изменений, связанных с перемещением холестерина, было использовано молекулярно-динамическое моделирование. Правильность полученной модели перемещения холестерина ученые подтвердили путем ингибирования БПЭХ с помощью анти-БПЭХ антител.

Модель предполагает возможность использования новых молекулярных мишеней для будущих ингибиторов БПЭХ.

Белок БПЭХ проникает в холестериновое ядро ЛПВП (1). Взаимодействие с ЛПНП/ЛПОНП создает молекулярные силы, вызывающие образование пор на обоих концах БПЭХ (2).
Эти поры соединяются с центральными полостями БПЭХ, образуя туннель для движения холестерина к ЛПНП/ЛПОНП (3), что уменьшает размер ЛПВП (4).
(Рис. Lawrence Berkeley National Laboratory)

По словам руководителя исследования Ганга Рена (Gang Ren), физика, специалиста в области электронной микроскопии, их модель определяет новые профили взаимодействия БПЭХ с ЛПВП и ЛПНП и обрисовывает механизм передачи холестерина.

«Это важный шаг к рациональному проектированию нового поколения ингибиторов БПЭХ для лечения сердечно-сосудистых заболеваний», – уверен ученый.

О результатах своего исследования Рен и его коллеги сообщают в статье Structure basis of transfer between lipoproteins by cholesteryl ester transfer protein, опубликованной в журнале Nature Chemical Biology.