Ученые нашли механизм распространения болезни Альцгеймера в мозге

Ученые, возможно, нашли механизм распространения болезни Альцгеймера в мозге. Credit: AI/ScienceDaily.com

Болезнь Альцгеймера характеризуется накоплением токсичного белка тау, который повреждает и в конечном итоге убивает клетки мозга. По мере того как этот вредный белок перемещается в новые области мозга, болезнь прогрессирует, приводя к ухудшению памяти и снижению когнитивных способностей.

Теперь исследователи обнаружили неожиданного участника этого процесса. В ходе исследования на мышах они выяснили, что белок мозга Arc, который в норме помогает нейронам общаться, также, по-видимому, способствует распространению токсичного тау от больных клеток мозга к здоровым.

Это открытие указывает на возможную новую стратегию замедления болезни Альцгеймера. Вместо того чтобы пытаться полностью устранить тау, будущие методы лечения могут быть направлены на то, чтобы не дать ему достичь здоровых клеток мозга.

«Я взволнован тем, что мы определили новый способ потенциальной остановки прогрессирования болезни Альцгеймера», — говорит Джейсон Шепард, доктор философии, профессор нейробиологии в Университете Юты и старший автор исследования.

Результаты были опубликованы в журнале Cell.

Как Arc помогает токсичному тау путешествовать

Чтобы выяснить, как распространяется болезнь Альцгеймера, исследователи сравнили мышиные модели заболевания с белком Arc и без него. Их эксперименты показали, что Arc необходим для перемещения токсичного тау между нейронами.

В нормальных условиях Arc играет важную роль в работе мозга. Белок упаковывает себя в крошечные мембранные пузырьки, известные как внеклеточные везикулы (EV), которые путешествуют от одного нейрона к другому, перенося важные клеточные сигналы.

Исследователи обнаружили, что токсичный тау может использовать эту естественную систему связи. Прикрепляясь к Arc внутри этих микроскопических везикул, тау может перемещаться от нездорового нейрона к здоровому, где продолжает распространять болезнь.

Тау превращает здоровые клетки мозга в токсичные

Каждый нейрон содержит тау, но при болезни Альцгеймера белок начинает собираться в большие липкие клубки, которые мешают внутренней транспортной системе клетки, в конечном итоге убивая нейрон.

Митали Тьяги, доктор философии, научный сотрудник Вашингтонского университета в Сент-Луисе и первый автор исследования, сравнивает эти клубки с «монстрами из клея».

«Они склеиваются и блокируют транспортировку внутри нейрона, — объясняет Тьяги. — Но они могут распадаться на более мелких монстров, называемых семенами тау, которые затем могут передаваться новому нейрону. И как только это семя тау вступает в контакт со здоровым тау, оно способно его испортить. Таким образом, патология начинается заново в здоровом нейроне».

В модели болезни Альцгеймера у мышей команда обнаружила внеклеточные везикулы, содержащие как Arc, так и «липкий» тау, в тканях мозга. Эти везикулы могли проникать в здоровые клетки и запускать образование новых клубков тау.

Картина кардинально изменилась, когда Arc был удален. У мышей, лишенных этого белка, внеклеточные везикулы содержали очень мало тау, и болезнь больше не могла эффективно распространяться на соседние клетки мозга.

«Когда мы удалили Arc, мы увидели, что перенос тау был сильно, сильно снижен, — говорит Тьяги. — Он почти исчез».

Arc оказывает как вредное, так и полезное действие

Хотя блокировка Arc может показаться очевидной стратегией лечения, исследователи обнаружили, что этот белок также выполняет важную защитную роль на ранних стадиях заболевания.

Помогая нейронам избавляться от избыточного токсичного тау, Arc, по-видимому, позволяет поврежденным клеткам жить дольше. У мышей без Arc токсичный тау оставался запертым внутри нейронов, заставляя эти уже больные клетки умирать быстрее.

«Когда Arc отсутствует, тау застревает внутри нейронов и накапливается до токсичных уровней. Когда Arc присутствует, тау может высвобождаться во внеклеточных везикулах. Хотя это помогает уменьшить накопление тау внутри исходного нейрона, высвободившийся тау может быть поглощен соседними здоровыми нейронами, способствуя распространению патологии», — говорит Тьяги.

Эти результаты показывают, что наиболее эффективное лечение может заключаться не в предотвращении высвобождения тау больными клетками. Вместо этого, возможно, лучше остановить проникновение этих токсичных внеклеточных везикул в здоровые нейроны.

Потенциальная новая мишень для терапии болезни Альцгеймера

Исследователи также обнаружили внеклеточные везикулы, содержащие как Arc, так и тау, в тканях человеческого мозга, что позволяет предположить, что тот же механизм может существовать и у людей. Однако они подчеркивают, что необходимы дополнительные исследования, прежде чем любая потенциальная терапия дойдет до пациентов.

«Большая часть работы, которую мы проделали, проводилась на мышах, а не на людях, — говорит Шепард. — У нас есть некоторые подсказки, что то, что происходит у этих мышей, может происходить и у людей, но мы этого пока не знаем. И мы далеки от того, чтобы сказать, что разрабатываем метод лечения чего-либо. Но это может открыть новые пути для достижения этой цели».

Одна из многообещающих возможностей — перехватывать внеклеточные везикулы, содержащие тау, после того как они покидают больные нейроны, но до того, как они достигнут здоровых. Хотя такой подход не обратит вспять существующее повреждение мозга, он потенциально может замедлить или предотвратить дальнейшее распространение болезни Альцгеймера.

«Если бы мы могли нацелиться на эти конкретные EV, это была бы действительно полезная стратегия терапии, — говорит Шепард. — Для человека с ранней болезнью Альцгеймера или деменцией, если бы мы могли остановить распространение, то мы могли бы предотвратить дальнейшее повреждение и снижение когнитивных способностей».