Новаторское исследование ученых из Тринити-колледжа (Trinity College) (Дублин, Ирландия), недавно опубликованное в международном журнале Nanomedicine, показало, что находящиеся в окружающей среде наночастицы могут оказывать серьезное влияние на здоровье, провоцируя развитие ревматоидного артрита и других тяжелых аутоиммунных заболеваний. При изучении механизмов взаимодействия клеток с широким спектром наночастиц были найдены новые молекулярные мишени потенциальных лекарственных препаратов для борьбы с этой группой болезней.

Наночастицы диоксида кремния (указаны стрелками),
помеченные флуоресцентным красителем
(тетраметилродаминизотиоцианатом), размером
30 нанометров, поглощенные клетками за три часа
воздействия. (Фото: futuremedicine.com)

Группа из Школы медицины дублинского Тринити-колледжа под руководством профессора молекулярной медицины Юрия Волкова (Yuri Volkov) попыталась найти ответ на вопрос: существует ли в человеческих клетках общий механизм, способствующий развитию аутоиммунных заболеваний, включающийся в результате контакта клеток с широким диапазоном наночастиц с различными физическими и химическими свойствами.

Ученые изучили воздействие широкого спектра наноматериалов, в том числе ультрадисперсной сажи, углеродных нанотрубок и частиц диоксида кремния различных размеров – от 20 до 400 нм, – на человеческие клетки слизистой оболочки дыхательных путей, а также на клетки фагоцитарного происхождения. Именно эти типы клеток наиболее часто находятся в контакте с посторонними вдыхаемыми частицами или выполняют функцию их удаления из организма. Одновременно ученые из Национального института профессиональной безопасности и здоровья (National Institute for Occupational Safety & Health), США, провели исследование на мышах, постоянно вдыхавших воздух, загрязненный однослойными углеродными нанотрубками.

Ученые получили однозначный и убедительный результат: все типы наночастиц вызывают идентичные реакции в клетках человека и в легких мышей, проявляющиеся в специфической трансформации аминокислоты аргинина в молекулу цитруллина – соединения, потенциально способного привести к развитию аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит.

Трансформация аргинина в цитруллин лишает содержащие аргинин белки способности должным образом выполнять свои функции. Более того, такие белки подлежат разрушению и удалению защитными системами организма. Однажды запрограммированная на удаление цитруллинированных белков иммунная система может начать атаковать свои собственные ткани и органы, результатом чего может стать развитие аутоиммунных процессов.

«Это исследование устанавливает четкую связь между аутоиммунными заболеваниями и наночастицами. Предотвращение или вмешательство в процесс цитруллинизации можно, таким образом, рассматривать в качестве перспективной мишени для разработки будущих профилактических и терапевтических подходов к ревматоидному артриту и, возможно, к другим аутоиммунным заболеваниям», – говорит профессор Волков, комментируя значимость полученных результатов.

Механизм индуцированной наноматериалами цитруллинизации белков. Воздействие наноматериалов повышает уровень внутриклеточного
кальция (Ca2+). Повышение цитозольного Ca2+ приводит к последующей активации фермента PAD (peptidylargininedeiminase), что, в свою очередь, является
причиной цитруллинизации белков (цитокератинов и плектинов). Блокирование кальциевых каналов или ингибирование фермента PAD
(verapamil, Cl-amidine, соответственно) подавляет цитруллинизацию. (Рис. futuremedicine.com)

Загрязнение окружающей среды, включая углеродные частицы в выхлопных газах автомобилей, курение и продолжительное вдыхания пыли различного происхождения, признаны факторами риска хронического воспаления легких. Установлена и связь между курением и таким аутоиммунным заболеванием, как ревматоидный артрит. Результаты исследования дублинских ученых позволяют рассматривать нанотехнологические продукты в качестве источника нового типа загрязнителей воздуха и как серьезный вызов глобальному здравоохранению.

Статья

Citrullination of proteins: a common post-translational modification pathway induced by different nanoparticles in vitro and in vivo