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.
«Пенициллин» для холестерина?
Акира Эндо рос в большой семье на ферме в японской префектуре Акита. Дедушка поддерживал его интерес к медицине и естествознанию, рассказывая маленькому Акире о природе. В 10-летнем возрасте Эндо увлекался грибами и плесенью. Он узнал, что существуют грибы, смертельно опасные для мух, но не для людей. В колледже он познакомился с новаторскими работами Александра Флеминга, открывшего антибиотик пенициллин – вещество, образующееся в голубовато-зеленой плесени Penicillium.
Закончив колледж, Эндо устроился на работу в фармацевтическую компанию «Санкё» в Токио, где первое время занимался пищевыми добавками. Получив задание найти такой фермент, который позволил бы уменьшить содержание мезги в вине или сидре, Эндо исследовал более 200 штаммов плесени. Он нашел грибок-паразит, который рос на виноградинах и синтезировал нужные ферменты. После того как этот продукт стал хорошо продаваться, Эндо заинтересовался другим веществом – холестерином.
Когда эпидемиологические исследования, связывающие сердечные заболевания с высоким уровнем холестерина, получили широкую известность, Эндо, как и научные сотрудники многих фармацевтических компаний, подумал: ингибиторы синтеза холестерина могут оказаться очень важными лекарствами. Действительно, в 1960-е было разработано много препаратов, нацеленных на борьбу с повышенным холестерином, но эти лекарства в большинстве своем действовали неважно и давали тяжелые побочные эффекты. Никто не пытался использовать редуктазу.
Но у Эндо созрела оригинальная идея и был особый подход. Он хорошо знал, что плесневые грибки синтезируют всевозможные соединения, в том числе пенициллин, подавляющие рост конкурирующих с ними микробов. Он также знал, что основным стерином в клеточных мембранах некоторых грибков был не холестерин, а эргостерин. Итак, рассуждал он, возможно, некоторые грибки естественным образом выработали такое соединение, которое может ингибировать синтез холестерина в других организмах. Удастся ли найти такой «пенициллин» против холестерина?
Эндо придумал простую стратегию поиска. Он знал, что редуктаза – первый компонент в биохимическом «пути» холестерина, поэтому разработал простой анализ для выявления любого вещества, которое бы ингибировало активность фермента. Затем можно было взять выращенные в лаборатории образцы плесени и проверить, синтезирует ли какой-либо грибок ингибитор редуктазы. В апреле 1971 г. он и трое ассистентов приступили к поискам.
День за днем Эндо с коллегами выращивали и проверяли множество видов грибка – всего около 6000. Спустя два года поисков они выявили два многообещающих вида. Затем попробовали выделить активные ингредиенты соответствующих культур. Первый, полученный от грибка Pythium ultimum, оказался открытым ранее антибиотиком, который назывался «цитринин». Он ингибировал редуктазу, но, как уже установили, был очень токсичен для животных. Второе вещество, выделенное летом 1973 г., было получено от грибка Penicillium citrinum, голубовато-зеленой плесени, выросшей на рисе, приобретенном у уличного торговца в Киото. Этот грибок оказался родственным тому, из которого был получен пенициллин.
Чтобы собрать достаточное количество активного вещества для лабораторных исследований, ученые вырастили гигантскую 600-литровую емкость грибка, из которой удалось получить в общей сложности 23 мг нужного соединения – меньше обычной таблетки аспирина. Работая с этим драгоценным веществом, ученые смогли показать, что молекула, обозначенная ими ML-236B (позже названная «компактин»), является мощным ингибитором редуктазы, эффективным в малых концентрациях. Участок молекулы компактина сильно напоминал обычный субстрат редуктазы – вот почему компактин ингибировал этот фермент. Он встраивался в активный центр («замок») редуктазы – на то место, куда обычно вставал субстрат («ключ»). Таким образом, работа фермента блокировалась.
