Текст книги "Закон «джунглей». В поисках формулы жизни"

Бактерии и другие организмы способны не только расщеплять питательные вещества на полезные соединения, но и синтезировать важные соединения из более простых компонентов. Белки, осуществляющие всю работу в живом организме, состоят из «кирпичиков», называемых аминокислотами. Если выращивать бактерии в простом растворе, где содержится два источника углерода – глюкоза и углекислый газ, – то они могут синтезировать все 20 аминокислот.

Однако если предложить бактерии конкретные аминокислоты, то синтез других аминокислот быстро прекращается. Такая стремительная реакция подсказывает, что при изобилии определенной аминокислоты бактерия активирует особый механизм, останавливающий работу синтезирующих ее ферментов.

В 1950-е многие биохимики напряженно пытались определить, какими способами синтезируются различные аминокислоты. Они обнаружили, что синтез каждой аминокислоты обычно «включает» многоэтапный «путь», на котором первичный химический предшественник (P) изменяется в ходе последовательных реакций с участием ферментов и превращается в аминокислоту. Эти «пути» схематически изображаются как цепочки последовательно возникающих продуктов реакций (I1, I2 и т. д.), причем продукт каждой реакции возникает под действием отдельного фермента.

Р → I1 → i2… → аминокислота

Например, удалось установить, что если предоставить бактериям аминокислоту триптофан, то останавливается синтез промежуточного вещества. Это означает, что триптофан действует на фермент, находящийся в начале «пути». Аналогичным образом выяснилось, что при наличии аминокислоты изолейцина также ингибируется действие первого фермента в его синтетическом «пути».

Благодаря этим открытиям появилась концепция отрицательной обратной связи, согласно которой соединения реагируют на собственный синтез, и тем самым осуществляется контроль уровня веществ в клетках. Впоследствии изучение всевозможных биосинтетических «путей» показало, что отрицательная обратная связь не просто распространена, но и практически всегда осуществляется последним компонентом биохимического «пути», ингибирующим первый фермент данного «пути».

Подобно закону двойного отрицания индуцирования ферментов, закон отрицательной обратной связи в биохимических «путях» также имеет огромный биологический смысл: при переизбытке конечного продукта биохимического «пути» клетки не тратят энергию на синтез этого вещества или каких-либо промежуточных продуктов, но, когда концентрация низка, механизмы синтеза не ингибируются, и клетка получает нужный продукт.

Эти первопроходческие исследования бактерий выявили четыре основных способа, которыми одни молекулы могут влиять на множество молекул другого вещества. Эти способы базируются на наборе общих правил и на логике регуляции, которая, как мы увидим, управляет разнообразными процессами в живых организмах (если хотите, сделайте закладку на этой странице).

ОБЩИЕ ПРАВИЛА РЕГУЛЯЦИИ И ЛОГИКА ЖИЗНИ

Открытие репрессоров и ингибирования по типу обратной связи подогрело интерес к следующей проблеме: как именно два этих вида регуляции действуют на молекулярном уровне. Что именно делает репрессор? Как действуют индукторы? Как осуществляется обратная связь?

Однажды поздним вечером осенью 1961 г. Жак Моно вошел в лабораторию к своей коллеге Агнес Улльманн. Моно, обычно одетый с иголочки, энергичный, выглядел усталым и обеспокоенным, его галстук был расслаблен. Выдержав некоторую паузу, он сказал Улльманн: «Думаю, я открыл второй секрет жизни».

Улльманн подумала, что Моно выглядит неважно, поэтому предложила ему присесть и выпить виски – это был любимый напиток Моно. Пропустив один-два стаканчика, Моно встал и пустился в долгие объяснения. Он был не болен. В отличной форме. Моно еще раз рассмотрел многолетние наблюдения репрессии и ингибирования по типу обратной связи и наконец предложил унифицированное объяснение обоих феноменов.

Моно совершил этот прорыв, зарисовав контуры и размеры молекул. Он размышлял о ферменте, который тогда исследовали у него в лаборатории. Ферменты – это крупные белки, их молекулы более чем в 100 раз превосходят по размеру молекулы тех веществ, на которые они воздействуют (так называемые субстраты), – например, молекулы сахаров или аминокислот. Подобно тому как ключ входит в замок, субстрат плотно входит в просвет фермента, именуемый активным центром, где он расщепляется или видоизменяется.

Фермент, изучением которого тогда занимался Моно, является первым веществом в биохимическом «пути», приводящем к синтезу аминокислоты изолейцина. Он воздействует на субстрат под названием «треонин» и ингибируется изолейцином – конечным продуктом данного биохимического «пути». Моно пытался понять, как маленькая молекула изолейцина может вклиниться в активный центр фермента и выключить его. Но тут его осенило: изолейцин совсем не похож по форме на треонин. Может быть, он просто не влезает в эту полость?

Затем Моно подумал о других ферментах, ингибируемых по типу обратной связи, и осознал, что с ними происходит то же самое: они ингибируются молекулами, очень отличающимися по форме от молекул субстратов. Что бы это значило? Моно понял, что место, к которому прикрепляется ингибитор, не должно совпадать с активным центром. В ферменте – «замке» – должно быть две «скважины»: одна – для субстрата, и одна – для ингибитора.

Каким-то образом связывание с ингибитором изменяло форму фермента таким образом, что он больше не мог связываться со своим субстратом («скважина» закрывалась). Моно назвал этот феномен аллостерией (от греческих слов «allos» – «другой» и «stereos» – «пространственный, объемный»). Ученый считал аллостерию важным механизмом, регулирующим работу белков (рис. 3.6, вверху).

В тот памятный вечер вся мозаика сложилась. Индуктор и репрессор действовали по тому же принципу, что и обратное ингибирование, – путем аллостерии. Репрессор также должен был иметь два активных центра: один – для связывания ДНК, другой – для индуктора. Когда индуктор отсутствует, репрессор связывается с ДНК и таким образом выключает ген; когда индуктор есть и связывается с репрессором, физическая форма репрессора из-за этого изменяется, репрессор не может связаться с ДНК, и это позволяет гену включиться (см. рис. 3.6, внизу).

Моно мог двумя путями доказать простую, но великую унифицирующую идею: мелкие молекулы (аминокислоты, индукторы) управляют формой и активностью крупных молекул (белков). Объединив два, казалось бы, неродственных феномена – репрессию ферментов и ингибирование по типу обратной связи, – Моно определил потенциальные общие принципы. Аллостерия, например, позволяла объяснить, как небольшие молекулы гормонов или нейротрансмиттеров регулируют работу эндокринной и нервной системы. Моно, потрясенный вероятными масштабами этой идеи, отправился к Улльманн, чтобы услышать ее мнение.

Рис. 3.6

Аллостерия – основа ингибирования по типу обратной связи и индукции ферментов. Сверху: субстрат входит в активный центр фермента; ингибитор – в другую щель. Когда ингибитор прикрепился, форма активного центра видоизменяется таким образом, что субстрат в него больше не входит. Снизу: один центр репрессора связывает ДНК, другой – лактозу. Когда лактоза прикрепится, форма репрессора изменяется, и он больше не связывает ДНК, поэтому может включиться ген фермента

Иллюстрация Лиэнн Олдз

Тогда как ДНК была первым секретом жизни, аллостерия, вероятно, была вторым, поскольку позволяла понять, как регулируется работа генов и белков. Нобелевский комитет счел это, как и все остальные открытия Моно и Жакоба, достойным Нобелевской премии по физиологии и медицине, которая и была присуждена им в 1965 г.

Важность исследований Моно и Жакоба определялась не конкретными деталями разгадки тайны регуляции фермента β-галактосидазы у E. coli. Сила их идей, как и идей Элтона и Кеннона, заключалась в оригинальности и универсальности открытых учеными законов регуляции.

Подобно тому как Элтон представил экосистему в качестве сообщества организмов, взаимодействующих друг с другом при помощи пищевых цепей, а Кеннон – тело как систему органов, связанных на уровне нервной и эндокринной системы, Моно и Жакоб изобразили клеточную жизнь как «сообщество макромолекул, объединенных сложной системой коммуникаций, регулирующих одновременно и синтез, и активность этих молекул».

Моно и Жакоб живо и ярко объяснили, каково значение их открытий, сделанных исключительно при изучении одноклеточных бактерий, для понимания сложных феноменов в жизни гораздо более сложных организмов. Мастерски объединив все, что было изучено к 1961 г., они афористично отметили: «Существует аксиома: все, что подтверждается для E. coli, должно подтверждаться и для слона».

Это было скорее смелое желание, чем проверенный и общепринятый факт, что, однако, не мешало их рассуждениям. Признавая, что регуляция в высших организмах должна быть «неизмеримо» более сложной, они предполагали:

С другой стороны, представляется очень маловероятным, что основные механизмы, выявленные у низших форм, – аллостерическое ингибирование, индуцирование и репрессия – не должны присутствовать у дифференцированных организмов. Понятно, что эти механизмы по природе своей могут быть адаптированы к самым разнообразным ситуациям и могут служить для самых разных целей у E. coli и у человека.

Не только эти механизмы, но и закон отрицательной регуляции представлялась Моно и Жакобу предельно важной для высших организмов. Понимая, что раковые клетки теряют чувствительность к «условиям, контролирующим клеточное деление в здоровых тканях», они предполагали, что онкологические заболевания могут быть обусловлены генетическими мутациями или иными факторами, отключающими репрессор, который управляет делением клеток.

Как мы сможем убедиться в главах 4 и 5, их размышления не просто оказали значительное влияние на развитие науки, но и явились провидческими.

Глава 4. Жиры, обратная связь и чудесный грибок

Можно не заменять гены, а пользоваться принципами регуляции, чтобы хорошие гены работали усерднее.

Доктор Джозеф Голдштейн – доктору Рою Вагелосу, генеральному исполнительному директору компании Merck & Co

Двадцать девятого июня 1935 г. американец Ансел Киз и англичанин Брайан Мэтьюз разбили лагерь близ вершины пика Ауканкильча в северном Чили, на высоте около 6100 м. Они выстроили простое укрытие от снега, вертикально укрепив несколько жердей и накрыв их одеялами, а затем заползли внутрь, чтобы уберечься от ветра и ночных температур – мороз достигал –50 °C. Они оставались в этом лагере целых 15 дней и за это время несколько раз поднимались на вершину. На тот момент пик Ауканкильча являлся одним из самых высоких покоренных пиков в Андах. А эти бесстрашные скалолазы были вовсе не профессиональными альпинистами, а учеными-физиологами: Киз – из Гарварда, а Мэтьюз – из Кембриджского университета. Оба они входили в состав Международной высотной экспедиции (IHAE) из 10 исследователей, отправившихся в Чили, чтобы изучить, как человеческий организм приспосабливается к экстремальным высотам.

На высоте более 5330 м на склоне Ауканкильча находится самое высокогорное постоянное поселение в мире, а на высоте почти 5800 м прорыта самая высотная шахта. Эта «высотнейшая» экспедиция была самым долгим, оснащенным по последнему слову техники и максимально сложным в реализации научным проектом, призванным изучить, как люди могут жить и работать в столь суровых условиях.

Если одним из признаков настоящего ученого является отвага, заставляющая идти туда, куда влечет любопытство, – Кеннон, Элтон и Моно принадлежали к людям именно такого сорта, – то Киз был образцовым представителем этой когорты. Он бросил школу в 15 лет, решив разгребать помет летучих мышей в аризонской пещере, затем трудился на золотом прииске в штате Колорадо рабочим-взрывником – подносил порох рудокопам. Вернувшись в школу и закончив ее, Киз стал изучать химию в колледже, разочаровался и нанялся смазчиком на океанский пароход, ходивший в Китай. Выжив на пайке, состоявшем «в основном из алкоголя», Киз вернулся в колледж, получил степень по экономике, а затем всего за полгода – еще и степень по биологии. Затем он поступил в Институт Скриппса в городе Ла-Хойя, штат Калифорния, где получил степень PhD по океанографии и биологии, потом учился в Кембриджском университете, где получил еще и степень PhD по физиологии. Наконец, он стал работать в Гарвардской лаборатории исследования усталости и занялся организацией экспедиции IHAE в Чили.

Рис. 4.1

Ансел Киз в Андах. У Киза (лежит на спине) берут кровь на высоте 6138 м, чтобы проверить, как организм реагирует на большие высоты

Из работы Keys, A. (1936) «The Physiology of Life at High Altitudes». Scientific Monthly 43(4): 309

Второй по распространенности элемент одиссеи любого ученого – это инстинктивная прозорливость (серендипность). Вспомните злых котов Кеннона, книгу о леммингах, которую Элтон купил в Тромсё, странную кривую роста, обнаруженную Моно. Для Киза подобную роль сыграл вызов из армии. В течение шести дней, проведенных у самой вершины Ауканкильча, Киз и Мэтьюз были вынуждены питаться только сублимированной пищей, запивая ее водой. Разумеется, такой ценный опыт был интересен армейским снабженцам. Когда в Европе началась война, военные сочли, что целесообразно разработать какой-либо легкий непортящийся паек, которым могли бы питаться десантники, дожидаясь подхода основных сил. Поэтому Киза вызвали на консультацию в квартирмейстерскую службу Министерства обороны.

К тому времени Киз перебрался в Университет Миннесоты. К нему в Миннеаполис прибыл полковник, и они вместе пошли за покупками в лучший гастроном городов-близнецов. Потом они распределили еду по бумажным пакетам и отнесли их на местную военную базу для испытаний. После дальнейших исследований, проводившихся на военной базе Форт-Беннинг, штат Джорджия, были определены ингредиенты пайка энергетической ценностью около 3000 калорий. Туда входили: кусок сухой колбасы или банка консервов, сухари, плитка шоколада, полоска жевательной резинки, спички и пара сигарет. Все это упаковывалось в непромокаемый пакет, помещавшийся в кармане. Этот паек стали производить под названием «К-рацион» (где «К» предположительно означало «Киз»), к 1944 г. было выпущено более 100 млн таких пайков.

После войны Киз сконцентрировался на других проблемах. Его заинтересовала статистика из охваченной голодом Европы: там значительно снизилась смертность от сердечных заболеваний, тогда как многие знаменитые американцы умирали от сердечного приступа. Почему у некоторых мужчин случается приступ, а у других нет? Киз набрал мужчин-добровольцев из Миннеаполиса в возрасте от 44 до 55 лет и окрестностей в количестве 281 человек и начал лонгитюдное исследование. Его интересовало, как риск сердечного приступа соотносится с 60 различными факторами, в частности с диетой.

Пока шло миннесотское исследование, Киз ездил по всему миру с лекциями о сердечных приступах. Когда коллега из Неаполя заявил, что в это городе сердечные приступы не представляют особой проблемы, Киз отнесся к этому скептически и решил изучить вопрос. Исследовав группу неапольских пожарных, он обнаружил, что у них в крови гораздо меньше холестерина, чем у американских бизнесменов. Мало холестерина было и у испанских бедняков. Киз счел, что корреляция очевидна: богачи питались более жирной пищей, поэтому у них повышалась вероятность сердечного приступа.

Но коллеги-врачи скептически восприняли идею о связи между диетой, уровнем холестерина в сыворотке крови и сердечными приступами. Поэтому Киз и его соратники организовали беспрецедентное по масштабу международное исследование риска сердечных заболеваний, в котором участвовали более 12 000 мужчин из различных стран мира: Югославии, Италии, Греции, Финляндии, Нидерландов, Японии и США. Рацион в этих странах очень различается. «Исследование семи стран» началось в 1958 г., мужчины должны были проходить обследование каждые пять лет.

В 1963 г. были получены результаты обоих исследований. Наблюдая предпринимателей из Миннесоты в течение 15 лет, Киз выявил основной фактор риска, связанный с сердечными приступами: уровень холестерина в сыворотке крови. У мужчин, имевших более 260 мг холестерина на 100 мл крови, риск сердечного приступа был впятеро выше, чем у мужчин с уровнем холестерина менее 200. «Исследование семи стран», когда были подведены итоги первых пяти лет, показало такой же результат. Например, у жителей восточной Финляндии уровень холестерина составлял в среднем 270 мг, и они умирали от сердечного приступа в среднем впятеро чаще хорватов, уровень холестерина в крови которых не превышал 200 мг.

Теперь Киз располагал серьезными доказательствами, что люди заболевают из-за особенностей своего рациона питания. К тому времени уже на протяжении полувека было известно, что в атеросклеротических бляшках со стенок аорты содержалось как минимум в 20 раз больше холестерина, чем в нормальных тканях аорты. Если животные получали много холестерина с пищей, у них развивались гиперхолестеринемия и атеросклероз. Но именно вышеупомянутые крупномасштабные эпидемиологические исследования помогли обосновать связь между высоким уровнем холестерина и сердечным приступом у человека, привлечь внимание к этому риску.

Однако эти корреляции не объясняли, как лечить сердечников, чтобы восстановить их здоровье. Холестерин – это не угроза, от которой нужно просто избавиться, молекула холестерина жизненно важна. Это важнейший компонент мембран всех животных клеток, он помогает создавать барьеры между отдельными клетками и средой, в которой они находятся. Холестерин модулирует текучесть мембраны и подвижность других молекул внутри нее. Более того, холестерин – представитель важного класса молекул, стеринов, являющихся предшественниками гормонов-стероидов, в том числе кортизола, половых гормонов тестостерона и эстрогена. Также холестерин входит в состав желчи, критически важной для пищеварения. Итак, важная проблема заключалась в следующем: как поддерживать безопасный для здоровья уровень стеринов, то есть гомеостаз холестерина. В начале 1960-х сердечные заболевания являлись основной причиной смерти среди взрослых американцев. Чтобы переломить ситуацию (если это вообще было возможно), требовалось знать законы регуляции холестерина.

Важнейшие сведения о регуляции холестерина удалось получить благодаря двум молодым врачам, которые, вдохновившись идеями Моно и Жакоба, решили действовать точно так же. Во-первых, они стали работать над проблемой сообща. Во-вторых, решили изучать таких людей, у кого была нарушена регуляция синтеза ферментов – как и у конститутивных бактерий-мутантов, с которыми работали Моно и Жакоб. Затем, анализируя эти человеческие мутации, они методично выстроили логику регуляции холестерина. Ровно через два года после Моно и Жакоба эти двое также отправились в Стокгольм – получить свои Нобелевские премии.

Джо Голдштейн и Майк Браун познакомились в 1966 г., еще будучи интернами в Общеклинической больнице штата Массачусетс в Бостоне, где посменно дежурили в палате интенсивной терапии. Хотя Голдштейн вырос в небольшом городке в штате Южная Каролина, а Браун – в Нью-Йорке и Филадельфии, они сразу нашли общий язык. После длительных дежурств они, в отличие от других молодых врачей, подолгу обсуждали, какие патологии могут быть связаны с теми случаями, что им приходится наблюдать.

Отработав практику в Бостоне, оба перебрались в Национальные институты здравоохранения (NIH) в город Бетесда, штат Мэриленд, где стали клиническими наблюдателями, которые должны были не только заниматься исследованиями, но и вести пациентов. Голдштейн получил назначение в Национальный институт сердца. В самом начале работы ему попались двое особых пациентов – шестилетняя девочка и ее восьмилетний брат, оба ребенка страдали от сердечных приступов. Для Голдштейна это был настоящий момент истины.

Брат и сестра попали в больницу NIH, так как страдали заболеванием под названием «семейная гиперхолестеринемия». Эта наследственная болезнь встречается в двух формах. Первая, гетерозиготная, встречается примерно у одного из 500 человек. У таких людей есть одна копия мутантного гена, из-за которого уровень холестерина держится в диапазоне 300–400, сердечные приступы у них начинаются уже в возрасте около 35 лет. Совсем редко встречается гомозиготная форма, примерно один случай на 1 млн человек. Эти больные имеют две копии мутантного гена, у них совершенно астрономический уровень холестерина (около 800), и сердечные приступы у них начинаются уже в пятилетнем возрасте.

У брата с сестрой из Техаса была именно тяжелейшая гомозиготная форма. Голдштейн рассказал Брауну о детях, и они оба стали размышлять, какой дефект мог спровоцировать такой зашкаливающий уровень холестерина. Несмотря на то что оба были загружены работой в NIH, молодые врачи находили время на вечерние курсы по различным дисциплинам. На одном из этих курсов подробно обсуждались идеи Моно и Жакоба о регуляции. В университете Голдштейн и Браун выучили, что синтез холестерина подчинялся обратной регуляции: когда собак кормили пищей с высоким содержанием холестерина, синтез холестерина в организме угнетался. Может быть, предположили двое врачей, у пациентов с семейной гиперхолестеринемией нарушена обратная регуляция холестерина?

Тогда как большинство их талантливых сокурсников планировали сделать исследовательскую карьеру в онкологии, нейрофизиологии и других престижных дисциплинах, Голдштейн и Браун решили работать вместе и всерьез заняться изучением регуляции холестерина. «Это просто жирные капельки», – подначивали их приятели. Но Голдштейн и Браун игнорировали такие насмешки и, перебравшись в Юго-Западный медицинский центр при Университете Техаса, официально объединили свои лаборатории. Всего через два года, работая без выходных, они смогли приоткрыть тайну холестеринемии и понять логику регуляции холестерина, поставив ряд изящных экспериментов.

К тому моменту, как они начали свою работу, уже был расшифрован биохимический «путь», приводивший к образованию молекулы холестерина, содержавшей 27 атомов углерода, из молекул предшественника, в которых было всего по два атома углерода. Это достижение стало результатом серии открытий, за которые было присуждено в общей сложности 11 Нобелевских премий. Биохимический «путь» включал в себя около 30 ферментов, но было известно, что активность синтеза холестерина определяется на первом этапе «пути», где образуется вещество с длинным названием: 3-гидрокси-3-метилглютарил-кофермент А редуктаза. Я буду называть его просто редуктазой, так как это единственный фермент, о котором пойдет речь в этой главе, и в данном случае несущественно, как именно он работает. В данном случае, как и в предыдущем, важна сама логика регуляции.

Брауну и Голдштейну требовалось изучить активность редуктазы у человека, но, поскольку этот фермент действует в печени, поставить такие опыты на людях было бы сложно. Тогда они разработали способ наблюдения за ферментом в клеточных культурах, взятых у человека и выращиваемых в пробирке. Чтобы клетки росли в культуре, им требуются питательные вещества, обычно предоставляемые в виде сыворотки. Один из первых феноменов, открытых Брауном и Голдштейном, заключался в следующем: активность редуктазы подвергалась отрицательной регуляции со стороны какого-либо компонента сыворотки; в присутствии сыворотки активность снижалась, а при отсутствии сыворотки – десятикратно возрастала.

Тогда они захотели выяснить, какой компонент сыворотки подавляет активность редуктазы. Они полагали, что все дело в каком-нибудь липидосодержащем веществе, поэтому проверили активность ЛПНП (липопротеина низкой плотности), ЛВП (липопротеина высокой плотности) и фракций, не содержащих липидов. Оказалось, что именно ЛПНП, но не ЛВП и не другие фракции был мощным ингибитором активности фермента.

Исходя из логики и открытий Моно и Жакоба, Голдштейн и Браун предположили, что у пациентов с гиперхолестеринемией, страдавших избытком холестерина, могли возникать мутации в гене редуктазы, из-за которых этот фермент не поддавался регуляции со стороны ЛПНП. Первая серия экспериментов, казалось бы, подкрепляла эту версию. Когда клетки пациентов с семейной гиперхолестеринемией выращивались в культурах, Голдштейн и Браун отмечали, что активность редуктазы в этих клетках в 40–60 раз выше, чем в клетках здоровых людей, и что ЛПНП не влияет на активность фермента в них.

Но следующий эксперимент позволил отмести идею о том, что у пациентов с семейной гиперхолестеринемией изменяется редуктаза как таковая, зато подсказал иную возможность. ЛПНП – это структура, в состав которой входят и белки, и липиды, в том числе холестерин. Браун и Голдштейн предположили, что холестерин является действующим веществом, подавляющим активность фермента. Поэтому они стали «кормить» клетки холестерином, не содержавшим липопротеинов, и в результате обнаружили, что холестерин – действительно мощный ингибитор активности фермента в клетках здорового человека, но с удивлением заметили, что холестерин также снижает активность редуктазы в клетках пациентов, страдающих семейной гиперхолестеринемией. Таким образом, редуктаза у таких пациентов была не менее чувствительна к обратному контролю холестерина, чем у здоровых людей, за исключением случаев, когда холестерин присутствовал только в составе ЛПНП.

Поскольку дефект у пациентов с семейной гиперхолестеринемией был связан не с ферментом-редуктазой, причина должна была заключаться в чем-то ином, в каком-то факторе, о котором Голдштейн и Браун пока не знали. Поскольку холестеринсодержащий ЛПНП циркулирует вне клеток, возможно ли, что у пациентов с семейной гиперхолестеринемией была нарушена передача холестерина из внеклеточного ЛПНП в сами клетки?

Браун и Голдштейн предположили, что вне клеток может существовать специфический рецептор ЛПНП. Чтобы проверить эту идею, они поставили схожий эксперимент. Они снабдили частицы ЛПНП радиоактивными «метками», чтобы измерить, насколько активно они связываются с клетками. Выяснилось, что меченые частицы ЛПНП связывались именно со здоровыми клетками, но не с клетками, пораженными семейной гиперхолестеринемией. Этот эксперимент выявил специфичный рецептор ЛПНП в здоровых клетках, который, однако, отсутствовал в клетках пациентов с семейной гиперхолестеринемией. Действительно, в регуляции уровня холестерина участвовал еще какой-то фактор.

Браун и Голдштейн выяснили, как действует рецептор, доставляющий холестерин извне клеток в сами клетки. Белковая часть ЛПНП несет холестерин и пристыковывается к рецептору, затем молекулы холестерина внутри клеток отделяются от белка и, уже будучи в клетках, могут регулировать активность редуктазы. Открытие рецептора ЛПНП объясняло, почему циркулирующий ЛПНП не может регулировать синтез холестерина у больных семейной гиперхолестеринемией, а у здоровых людей – может.

Браун и Голдштейн также установили, что количество рецепторов ЛПНП на клетках подчиняется обратной регуляции так же, как и редуктаза: когда уровень холестерина в клетках низок, увеличивается количество рецепторов ЛПНП и активность редуктазы; когда уровень холестерина высок, количество рецепторов и активность редуктазы снижаются. Это абсолютно логично, поскольку клетки могут поддерживать стабильный уровень холестерина: когда уровень холестерина низок, клетки извлекают холестерин из кровотока, а также синтезируют его; когда холестерина достаточно, угнетаются как редуктаза, так и рецепторы ЛПНП.

Более 93 % всего холестерина в организме содержится в клетках, он для них жизненно важен. Но 7 % циркулирует в крови; примерно две трети от этой доли – в форме ЛПНП, треть – в форме ЛВП. Эпидемиологические исследования и опыты на животных показали, что именно циркулирующий в крови ЛПНП-холестерин («плохой холестерин») – основная причина образования бляшек и возникновения сердечных заболеваний. Можно ли было использовать в медицине открытия Голдштейна и Брауна о законах регуляции холестерина? Эти двое даже не подозревали, что семена медицинской революции уже посажены очень далеко от Техаса.