Квантовая химия защищает от развития возрастной макулярной дегенерации

    

    Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) относится к одной из основных причин потери зрения, которая начинается, когда в сетчатке накапливаются липиды и белки, называемые липофусцином, повреждающие клетки. Однозначно эффективные методы лечения для данного состояния сегодня недоступны, и остается неясным, как здоровым глазам удается предотвращать накопление этого вещества. Исследователи из Йельского и Тюбингенского университетов выявили и описали часть защитного механизма, в котором необычная квантово-химическая реакция с участием меланина удаляет липофусцин. По словам исследователей, данное открытие может повлиять на лечение ВМД в будущем.

    В контексте данного исследования важно знать, что наружная часть фоторецепторов включает в себя стопки дисков с родопсином, молекулой, которая захватывает свет и преобразует его в электрический сигнал. После воздействия света диски в верхней части стека проходят процесс переработки, в котором собирается полезный для повторного использования материал. При этом есть материал, который не может быть переработан для повторного цикла, и он становится липофусцином, по мере накопления которого происходит повреждение клеток сетчатки и развивается ВМД.

    Предыдущие исследования мышей-альбиносов показали, что накопление липофусцина и повреждение сетчатки у них происходят раньше, чем у других. Этот факт вызывал вопросы, и в рамках данного исследования авторы впервые используют генетику, фармакологию и электронную микроскопию с высоким разрешением для наблюдения за поведением «непереваренных» дисков в клетках сетчатки мышей-альбиносов (МА) и мышей с пигментом (МП), генетически измененных для моделирования возрастной макулярной дегенерации. С помощью этих методов авторы смогли ответить на вопросы о:

    • происхождении липидных и меланиновых компонентов гранул меланолипофусцина;

    • роли меланина в пути удаления бисретиноидов и липофусцина;

    • роли оксида азота и супероксида в ускорении этого пути;

    • восстановлении функции удаления липофусцина у мышей-альбиносов посредством прямого генератора состояния возбужденных электронов – синтетического диоксетана.

    Эти результаты указывают на путь хемивозбуждения меланина для деградации липофусцина. Забегая вперед, можно констатировать, что промежуточные результаты показали – остатки неперевариваемых дисков встречались в десять раз чаще у мышей-альбиносов, чем у пигментированных мышей. Меланин – это пигмент, содержащийся в волосах, коже и глазах, его количество варьируется у разных людей, и он становится менее эффективным с возрастом. Меланина не хватает у мышей-альбиносов, что объясняет их окраску. Подозревая, что пигмент может играть роль в предотвращении накопления липофусцина, исследовательская группа индуцировала синтез меланина у мышей-альбиносов и обнаружила, что это привело к уменьшению количества липофусциновых отложений. В предыдущих исследованиях лаборатории было обнаружено, что химическое возбуждение электронов, происходящее в меланине, может вызвать реакцию, которая приводит к повреждению ДНК. Эти квантовые химические реакции возбуждают электрон меланина и выводят молекулу в высокоэнергетическое состояние, переворачивая его спин и вызывая впоследствии необычные химические эффекты.

    Чтобы доказать гипотезу и проверить, может ли хемивозбуждение привести к удалению липофусцина, авторы работы определили и синтезировали соединения (супероксидные генераторы), которые способны приводить непосредственно к возбуждению электронов, а также соединения с противоположным эффектом, которые могут помешать хемивозбуждению и инициировать другие реакции.

    Авторы замечают, что в течение 30 лет существовало убеждение, будто меланосомы (органеллы в клетках, которые создают меланин) оказывают отрицательное воздействие на липофусцин, но до сих пор не было определено механизма, почему так получается. Хемивозбуждение – недостающее звено, и оно должно позволить нам обойти проблему, которая инициирует развитие возрастной макулярной дегенерации, когда глазной меланин уменьшается с возрастом. Препарат, который способен прицельно «возбуждать» электроны, может стать прорывом для наших пациентов.

    

    Lyu Ya, Tschulakow AV, Wang К, U Schraermeyer. Chemiexcitation and melanin in photoreceptor disc turnover and prevention of macular degeneration. PNAS. 2023; 120(20): e2216935120. doi: 10.1073/pnas.2216935120 Available from: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2216935120 [Accessed 5th June 2023]