Неправильная регуляция уровня меди в тканях играет важную роль в широком спектре заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и болезнь двигательных нейронов. Исследование молекул, которые несут медь в кровотоке, предоставило новые возможности для диагностики и лечения.

Металлическая медь имеет решающее значение для здорового обмена веществ, и, тем не менее, ученые удивительно мало знают о том, как организм транспортирует ее и поддерживает оптимальный уровень в тканях.

Связанная с белковыми молекулами, медь является жизненно важным компонентом многочисленных ферментов, которые катализируют основные метаболические реакции.

«Биохимики давно знают о важности меди в организме человека, но даже они не знают, например, как этот элемент попадает из нашей пищи в нужные места назначения, то есть в различные ферменты меди», — говорит проф. Пип Палумаа, руководитель исследовательской группы металлопротеомики Таллиннского технического университета в Эстонии.

Медь присутствует в следовых количествах по всему организму. Самые высокие концентрации наблюдаются в областях тела с чрезвычайно высокой активностью, таких как печень, мозг, сердце, почки и скелетные мышцы.

Несколько ролей

Среди его многочисленных функций этот металл жизненно важен для производства энергии во время клеточного дыхания, образования эритроцитов, усиления иммунных реакций и поддержания нервных клеток.

В избытке, однако, он может вызвать выработку разрушительных свободных радикалов и способствовать воспалению.

Исследования связывают неправильную регуляцию уровня меди с несколькими нейродегенеративными заболеваниями, включая синдром Менкеса , болезнь двигательных нейронов, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.

Например, исследование, о котором сообщалось в журнале Medical News Today в 2013 году, показало, что когда медь накапливается в мозге, она способствует развитию бета-амилоидных бляшек, которые являются отличительной чертой болезни Альцгеймера.

Исследование показало, что медь не только ингибирует удаление растворимых бета-амилоидных молекул из мозга, но также побуждает их слипаться, образуя нерастворимые бляшки.

Биохимики пытались лучше понять, как организм поддерживает оптимальный уровень меди в своих тканях и что происходит, когда этот гомеостатический процесс идет не так, как надо.

Знания могут помочь им разработать новые способы диагностики, мониторинга и лечения заболеваний, связанных с нарушением гомеостаза меди.

В рамках этой деятельности профессор Палумаа и его коллеги хотели выяснить, как медь транспортируется по всему организму в кровотоке.

Необычно для науки, они обнаружили, что процесс был менее сложным, чем они ожидали. Ранее биохимики считали, что три белка играют роль в транспортировке меди, но, согласно новому исследованию, только один является основным игроком.

Их результаты появляются в научных отчетах .

Сродство к меди

Чтобы измерить сродство каждого белка к меди — то есть насколько тесно он связывается с ионами меди — исследователи разработали новый и инновационный подход, называемый жидкостной хроматографией и ICP-MS (масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой). Эти биохимические методы разделяют и идентифицируют молекулы, которые присутствуют в следовых количествах в биологической жидкости, такой как кровь или спинномозговая жидкость.

Ученые обнаружили, что в крови около 75% ионов меди связаны с ферментом церулоплазмин, а около 25% связаны с ферментом альбумин.

Однако церулоплазмин связывается с медью настолько крепко, что вряд ли он будет играть роль в транспортировке металла туда, где он необходим. Похоже, основная работа фермента — помогать железу переносить другой белок в крови.

Альбумин, с другой стороны, гораздо менее сильно связывается с медью и, вероятно, является основным переносчиком меди.

Исследователи обнаружили, что крошечная доля меди в крови (около 0,2%) также связывается с аминокислотой, называемой гистидином. Они предполагают, что гистидин действует как катализатор, помогая высвобождать медь из альбумина, когда он достигает места назначения, такого как печень.

Биохимики предположили, что еще один белок, называемый альфа-2 макроглобулина, также транспортирует медь. Однако профессор Палумаа и его коллеги сообщают, что в своих экспериментах он не связывался с медью в плазме крови в значительных количествах.

Регулирование уровня меди

Исследование является результатом сотрудничества ученых Таллиннского технического университета и шведской фармацевтической компании Wilson Therapeutics AB.

Ведущим продуктом Wilson Therapeutics AB является Decuprate, который является многообещающим терапевтическим средством для лечения болезни Вильсона, редкого генетического заболевания, которое вызывает накопление меди в токсичных количествах в печени, мозге и других тканях.

Связывая с медью, Decuprate способствует его выведению из организма.

В своей статье профессор Палумаа и его коллеги говорят, что их результаты могут позволить обнаружить нарушения метаболизма меди, которые характеризуют такие болезни, как болезнь Вильсона и Альцгеймера.

Их исследования могут также предоставить новые способы контроля эффективности таких препаратов, как Decuprate, в регулировании уровня меди.

«[Наши] результаты исследований могут быть использованы для различных применений. Во-первых, они помогают понять нормальный обмен меди в организме, что имеет прямое диагностическое значение. Во-вторых, эти результаты также помогают выявить нарушения метаболизма меди в организме. Последние встречаются при нескольких генетических заболеваниях, таких как болезнь Вильсона и Менкеса, а также наиболее распространенное нейродегенеративное заболевание — болезнь Альцгеймера».

— Профессор Пип Палумаа

Он продолжает: «В дополнение к определенным диагнозам, эффект фармацевтических препаратов, нормализующих метаболизм меди, которые используются для лечения вышеупомянутых заболеваний, также может контролироваться через равновесие меди в крови».