Добсон, Крис

Кристофер Мартин «Крис» Добсон (англ. Christopher Martin «Chris» Dobson; 8 октября 1949, Ринтельн, Германия — 8 сентября 2019, Лондон, Великобритания) — британский химик, специалист по протеомике и структурной биологии, занимался фолдингом и мисфолдингом белков. Доктор философии (1976), профессор Кембриджского, а прежде Оксфордского университетов. Член Лондонского королевского общества (1996) и АМН Великобритании (2005), иностранный член Национальной АН США (2013) и Американского философского общества (2018)^[2], ^[3].

Окончил с отличием Оксфордский университет в 1971 году со степенями бакалавра искусств и наук, там же получил степени магистра (1974) и доктора философии (1976), занимался в его Кэбл- и Мертон-колледжах. В 2007 году удостоился степени доктора наук ScD в Кембриджском университете.

В 1975—1977 гг. исследовательский фелло по химии в альма-матер. В 1977—1980 гг. ассистент-профессор химии Гарвардского университета и приглашённый учёный Массачусетского технологического института. С 1980 года преподаватель, в 1996—2001 гг. профессор химии и в 1998—2001 гг. директор центра молекулярных наук альма-матер.

С 2001 года именной профессор Кембриджского университета (John Humphrey Plummer Professor of Chemical and Structural Biology), с 2007 года также возглавляет его Сент-Джонс колледж и с 2012 года является директором университетского центра конформационных болезней (Cambridge Centre for Misfolding Diseases).

Автор более 800 работ и обзорных статей, его h-index превышает 100.

Почётный фелло оксфордских Линакр-колледжа (2008), Леди-Маргарет-Холл (2008), Мертон- и Кэбл-колледжей (2009), дублинского Тринити-колледжа (2013), кембриджского колледжа Дарвина (2014).

В 2001 году приглашённый учёный Калифорнийского университета в Сан-Франциско, в 2007 году приглашённый профессор Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга Гёте, в 2014 году приглашённый профессор Vallee Foundation, в 2017 году заслуженный приглашённый профессор Гонконгского университета.

Член Европейской академии (2011), иностранный почётный член Американской академии искусств и наук (2007). В 2001 году президент Protein Society. Член EMBO (1999), фелло International Society of Magnetic Resonance (2008). Почётный член National Magnetic Resonance Society of India (2004), Chemical Council of India (2010), Индийского биофизического общества (2012).

В ранний период своей научной карьеры Кристофер Добсон начал применять ядерный магнитный резонанс (ЯМР) для изучения фундаментальной проблемы сворачивания белков. Понимая, что ключевым шагом для отслеживания процесса фолдинга является присвоение резонансов отдельным аминокислотным остаткам, он вместе со своей первой аспиранткой в Гарвардском университете, Кристиной Редфилд (ныне профессор в Оксфордском университете), выполнил присвоение ¹H-резонансов для 121 из 129 остатков лизоцима куриного яйца. В последующих работах Редфилд сравнила растворную структуру куриного лизоцима с человеческим лизоцимом, сопоставив различия, наблюдаемые в растворе, с данными рентгеновской кристаллографии. Данная работа оказала большое влияние на последующие эксперименты связанные с фолдингом белков ^[4].

Особенно плодотворным оказался период сотрудничества Кристофера Добсона с Эндрю Миранкером и Кристиной Редфилд в Оксфорде. В совместных исследованиях, дополненных теоретическими разработками Мартина Карплуса в Гарварде, был предложен изящный ЯМР-подход, основанный на конкуренции между водородным обменом и сворачиванием белка. Эта методика позволила впервые зафиксировать кратковременные промежуточные состояния в процессе фолдинга лизоцима. Ключевое открытие заключалось в том, что два структурных домена лизоцима на ранних этапах фолдинга ведут себя как независимые фолдинговые единицы. Этот результат кардинально изменил представления о сворачивании белков, опровергнув упрощённую концепцию линейных, одноэтапных траекторий и продемонстрировав сложность и модульность ранних этапов фолдинга ^[5].

Стремясь количественно оценить популяции транзиторных промежуточных состояний, Добсон одним из первых в своей области применил масс-спектрометрию с электрораспылением (ESI-MS) — тогда ещё новую технологию для анализа нативных белков. Комбинируя данные ESI-MS от импульсно меченых образцов с резонансной информацией, полученной методом ЯМР, его группа впервые реконструировала полный путь фолдинга белка — от денатурированного состояния до нативной конформации. Этот интегративный подход не только позволил визуализировать и количественно охарактеризовать эфемерные промежуточные формы, но и стал основой для системного изучения влияния лигандов на стабильность и динамику белковых структур ^[6].

Позже Кристофер Добсон совершил ещё один методологический прорыв, разработав подход к проведению ЯМР-спектроскопии в реальном времени. В первом таком эксперименте удалось непосредственно наблюдать в ЯМР-трубке процесс восстановления нативной структуры апо-формы бычьего α-лактальбумина из химически денатурированного состояния. Результаты показали, что нативная конформация формируется не напрямую, а через промежуточное состояние, возникающее в пределах «мёртвого времени» эксперимента и, по-видимому, соответствующее ранее описанной при низком pH «расплавленной глобуле». Эти исследования наглядно продемонстрировали динамическую, многостадийную природу белкового фолдинга и заложили методологическую основу для современных исследований конформационных ландшафтов белков ^[7].

В начале 1990-х годов исследования в области сворачивания белков существенно расширились за счёт учёта клеточного контекста. Кристофер Добсон и его коллеги начали изучать роль молекулярных шаперонов — специализированных белков, которые способствуют корректному сворачиванию вновь синтезированных или повреждённых полипептидных цепей, предотвращая их мисфолдинг и агрегацию. В частности, в совместной работе с Кэрол Робинсон, Ульрихом Хартлом и Шиной Рэдфорд был разработан подход, сочетающий масс-спектрометрию с методом водородного обмена для анализа взаимодействия субстратных белков с крупными шаперонными комплексами, такими как 14-мерный GroEL. Эксперименты показали, что при связывании с GroEL субстратный белок — α-лактальбумин — находится в частично свёрнутом состоянии, что подчеркнуло роль шаперонов не в непосредственном сворачивании, а в удержании белка в состоянии, способном к последующему фолдингу ^[8].

Эта линия исследований возбудила интерес к другому ключевому клеточному компоненту — рибосомам, на которых осуществляется синтез белка. Несмотря на технические ограничения масс-спектрометрии и ЯМР того времени, Добсон поощрял попытки изучать сворачивание nascent-цепей (растущих полипептидных цепей) в комплексе с интактными рибосомами. В сотрудничестве с Джоном Христодулу и другими исследователями его группа в течение более чем двух десятилетий развивала методы ЯМР-спектроскопии для анализа структурного ансамбля рибосома–nascent-цепь у Escherichia coli. Работа, опубликованная уже в конце карьеры Добсона, продемонстрировала, что рибосомы модулируют процесс фолдинга: сворачивание иммуноглобулин-подобных доменов начинается только после того, как достаточная часть полипептидной цепи выходит за пределы рибосомного туннеля ^[9].

Эти исследования подчеркнули, что корректное сворачивание белков in vivo определяется не только их аминокислотной последовательностью, но и взаимодействием с клеточными макромолекулярными системами — от шаперонов до рибосом. Такой системный подход стал концептуальным мостом между классической биофизикой фолдинга и патологией амилоидных заболеваний, которые вскоре стали новым фокусом научных интересов Добсона.

В середине 1990-х годов Кристофер Добсон в сотрудничестве с Марком Пеписом и командой исследователей идентифицировал два патогенных варианта человеческого лизоцима — Asp67His и Ile56Thr, — содержащих точечные мутации и связанных с наследственной формой системного амилоидоза. С использованием рекомбинантной экспрессии и комплексного биофизического анализа, включавшего масс-спектрометрию в сочетании с водород-дейтериевым обменом, инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье и рентгеноструктурный анализ (проведённый Маргарет Сунде), было показано, что эти мутантные формы обладают сниженной конформационной стабильностью по сравнению с белком дикого типа. Это привело к гипотезе, что именно такая нестабильность способствует склонности мутантного лизоцима к образованию амилоидных фибрилл in vivo ^[10].

Последующие исследования мутации Asp67His выявили, что наиболее дестабилизированными являются β-домен и прилегающая C-спираль. Масс-спектрометрические данные продемонстрировали, что разворачивание этих регионов происходит через высококооперативный механизм, приводя к образованию промежуточного состояния, в котором оба элемента вторичной структуры теряют упорядоченность. Такое частично развернутое состояние, по-видимому, служит платформой для межмолекулярных взаимодействий, инициирующих агрегацию в фибриллярные структуры, характерные для тканевых отложений у пациентов с лизоцим-ассоциированным амилоидозом ^[11].

Эти находки стали важным вкладом в понимание молекулярных механизмов амилоидогенеза и поддержали гипотезу, согласно которой нарушение нативной стабильности белка может быть общей чертой амилоидогенных белков. Впоследствии работы Добсона и его коллег, включая открытие способности даже непатологических белков, таких как SH3-домен и миоглобин, формировать амилоидные фибриллы при определённых условиях, привели к более широкому выводу: амилоидное состояние потенциально доступно практически любому белку, однако в физиологических условиях эффективное сворачивание и клеточные системы контроля качества подавляют этот путь. Тем не менее, при генетических мутациях — как в случае лизоцима — или нарушении протеостаза образование амилоидов может происходить и in vivo, что лежит в основе ряда заболеваний, включая системный амилоидоз ^[12],^[13].

К началу 2000-х годов исследования амилоидных фибрилл вышли за рамки биохимии и начали активно включать подходы из физики и материаловедения. Особенно значительный вклад в это междисциплинарное направление внёс Кристофер Добсон после своего перехода в Кембриджский университет в 2001 году, где он занял должность профессора Джона Хамфри Пламмера на химическом факультете. Сотрудничая с физиками Кавендишской лаборатории — в частности, с Туомасом Ноулзом и Марком Уэлландом, — Добсон и его команда начали систематически изучать физические характеристики амилоидных агрегатов, включая их механические свойства и кинетику сборки.

Одним из ключевых открытий стало выявление огромного разнообразия механической жёсткости амилоидных фибрилл. C помощью атомно-силовой микроскопии команда Криса показала, что жёсткость фибрилл, образованных разными белками и пептидами, может различаться более чем на четыре порядка. Например, фибриллы, полученные из α-лактальбумина, оказались исключительно гибкими, тогда как фибриллы короткого фрагмента транстиретина (TTR 105–115) демонстрировали чрезвычайную жёсткость. Несмотря на различия в исходных последовательностях, все фибриллы обладали общей структурной основой — плотной сетью водородных связей между полипептидными остовами. Учёные пришли к выводу, что именно боковые цепи аминокислот определяют степень жёсткости, в то время как основной «скелет» фибриллы остаётся универсальным. Это открытие не только углубило понимание природы амилоидов, но и указало на их потенциал как нового класса биосовместимых наноматериалов с настраиваемыми механическими свойствами ^[14].

Параллельно Добсон, Ноулз и Уэлланд разработали новаторский аналитический подход к описанию кинетики агрегации белков, который впервые учёл роль фрагментации филаментов — процесса, ранее игнорировавшегося в традиционных моделях. Их исследования показали, что рост амилоидных фибрилл часто определяется не первичной нуклеацией, а вторичными событиями, такими как разрыв и размножение уже существующих филаментов. Были выявлены универсальные законы масштабирования, применимые как к in vitro системам, так и к распространению прионов in vivo. Этот прорыв кардинально изменил представления о механизмах прогрессирования амилоидозов и прионных заболеваний, продемонстрировав, что физические принципы самосборки и фрагментации филаментов лежат в основе их патогенеза ^[15].

Эти исследования заложили основу для междисциплинарного поля, объединяющего биофизику, коллоидную химию и нанотехнологии, и показали, что амилоидные фибриллы — не просто патологические отложения, а сложные супрамолекулярные структуры с уникальными и разнообразными физическими свойствами.

На заключительном этапе своей карьеры Кристофер Добсон сосредоточился на внедрении фундаментальных открытий в области белкового агрегирования в практические терапевтические стратегии против нейродегенеративных и системных амилоидозов. Осознавая ограниченный успех предыдущих клинических попыток — в частности, неудачи препаратов, направленных на пептид Aβ при болезни Альцгеймера — он предложил принципиально новый подход к разработке лекарств, основанный на глубоком понимании кинетики агрегации, роли клеточного и липидного гомеостаза, а также молекулярных механизмов токсичности олигомеров ^[16].

Ранние работы Добсона в Кембридже заложили основу для этого направления. В одном из своих наиболее цитируемых обзоров он описал, как клеточные компоненты — рибосомы, шапероны и, особенно, липидные мембраны — влияют на формирование амилоидных структур. Особое внимание он уделил токсичным олигомерам α-синуклеина, ключевого белка при болезни Паркинсона. С помощью ЯМР-спектроскопии и других структурных методов его группа показала, что N-концевой участок α-синуклеина связывается с липидными бислоями. Такое связывание нарушает целостность мембран и, как следствие, нейрональную дисфункцию. Этот механизм не только объяснил молекулярную основу токсичности, но и указал на мембраны как на потенциальную терапевтическую мишень ^[17].

В сотрудничестве с Микеле Вендрусколо Добсон развил концепцию «протеостатического края»: клетка поддерживает белки на грани растворимости, и даже небольшие нарушения — мутации, старение, снижение активности шаперонов — могут вызвать каскад агрегации. Протеомные исследования подтвердили, что многие белки экспрессируются на уровнях, превышающих их растворимость, особенно те, что участвуют в трансляции, росте и стресс-ответе. Это объясняет повышенную уязвимость клеток к агрегации с возрастом и подчеркивает необходимость раннего вмешательства ^[18].

Используя эти идеи, Добсон и его команда разработали рациональную кинетико-ориентированную стратегию открытия лекарств, направленную не просто на связывание белка-мишени, а на модуляцию конкретных микроскопических стадий агрегации: первичной и вторичной нуклеации, элонгации и фрагментации. В рамках этого подхода они исследовали действие как малых молекул, так и антител.

Одним из ключевых достижений стало открытие, что бексаротен — ретиноидный агонист, изначально разработанный для лечения рака, — эффективно подавляет первичную нуклеацию Aβ42 и уменьшает связанную с ней токсичность в модели на Caenorhabditis elegans. Более того, команда разработала количественный анализ «структура–активность» (SAR), основанный на химической кинетике, который позволял оценивать, как химические модификации влияют на подавление образования олигомеров. С его помощью они превратили неактивный родамин в мощный ингибитор агрегации пептида Aβ, продемонстрировав принципиальную возможность рационального дизайна антиагрегационных соединений ^[19].

В последние годы своей научной деятельности Добсон и его коллеги исследовали широкий спектр терапевтических подходов: от целевых антител и малых молекул до конъюгатов с молекулярными шаперонами и стратегий, направленных на модуляцию липидного окружения (включая роль холестерина в запуске нуклеации). Хотя Крис не дожил до клинического внедрения своих разработок, его кинетико-ориентированный подход к борьбе с белковыми агрегатами заложил новую парадигму в разработке лекарств при амилоидозах и нейродегенеративных заболеваниях, показав, как фундаментальная биофизика может быть непосредственно направлена на решение насущных медицинских проблем.

Научное наследие Кристофера Добсона выходит далеко за рамки его конкретных открытий в области сворачивания и агрегации белков. От первых исследований куриного лизоцима методом ЯМР до разработки кинетико-ориентированных терапий против болезней Альцгеймера и Паркинсона, его карьера стала примером того, как фундаментальная наука может быть направлена на решение сложнейших медицинских проблем. При этом Добсон всегда подчеркивал случайный характер многих прорывов и стремился отдать должное своим студентам, постдокам и коллегам, щедро делясь признанием и поддержкой.

Его научная этика строилась на глубоком уважении к коллегам, открытости к междисциплинарному сотрудничеству и убеждении, что наука должна служить обществу. Он был не только блестящим исследователем, но и исключительным наставником, воспитавшим несколько поколений учёных, многие из которых стали лидерами в своих областях. Его подход к руководству характеризовался интеллектуальной щедростью, вниманием к деталям и искренней заботой о людях.

Помимо лаборатории, Добсон проявил себя как выдающийся академический лидер. В 2007 году он был избран 44-м магистром колледжа Святого Иоанна в Кембриджском университете — пост, который он занимал до конца жизни. За 12 лет он не только сохранил, но и укрепил академические и общественные традиции колледжа, организовав празднование его пятисотлетия, инициировав реставрацию исторических зданий и учредив новаторскую стипендиальную программу для студентов из малообеспеченных семей. Его способность помнить имена и истории жизни каждого сотрудника и студента стала легендарной и отражала его человеческую теплоту и глубокое чувство ответственности.

В 2012 году Добсон стал соучредителем Центра заболеваний, связанных с нарушением фолдинга (Centre for Misfolding Diseases, CMD) в Кембриджском университете — учреждения, объединяющего химиков, физиков, биологов и врачей в общей миссии понимания и борьбы с нейродегенеративными заболеваниями. Случайное совпадение аббревиатуры CMD с его инициалами (C.M.D.) он с характерной скромностью называл просто удачей.

В 2016 году, стремясь ускорить переход от лабораторных открытий к клиническим решениям, он вместе с Микеле Вендрусколо, Туомасом Ноулзом и другими коллегами основал биотехнологическую компанию Wren Therapeutics (в 2023 году переименованную в WaveBreak), сосредоточенную на разработке терапий, основанных на физико-химических принципах нуклеации и агрегации белков.

Добсон был возведён в рыцарское звание в 2018 году за выдающийся вклад в науку и высшее образование.

В начале 2019 года ему диагностировали рак поджелудочной железы. Крис скончался в сентябре того же года в госпитале Royal Marsden в Лондоне, в окружении семьи. Его память чтут жена Мэри и сыновья Ричард и Уильям.

Наследие Кристофера Добсона — это не только сотни публикаций и десятки открытий, но и культура научной честности, сотрудничества и гуманизма, которую он привнес в каждую сферу своей деятельности. Его философия, основанная на вере в силу междисциплинарной науки и ответственности учёного перед обществом, продолжает вдохновлять исследователей по всему миру (1).

Почётный доктор бельгийского Лёвенского университета (2001), медицины шведского Университета Умео (2005), медицины итальянского Флорентийского университета (2006), бельгийского Льежского университета (2007), наук Королевского колледжа Лондона (2012).

• CV, [1]

(1) Christopher Martin Dobson. 8 October 1949—8 September 2019. BIOGRAPHICAL MEMOIRS OF FELLOWS OF THE ROYAL SOCIETY, 77, 129–143.