Скрытый «привратник» в клетках мозга может помочь в борьбе с болезнью Альцгеймера

Ученые обнаружили скрытый «привратник» внутри клеток мозга, который может стать мощной новой мишенью для борьбы с болезнью Альцгеймера. Credit: Shutterstock

Исследователи из Университета штата Пенсильвания идентифицировали ранее неизвестную структуру, которая может контролировать эндоцитоз — процесс поглощения клетками мозга питательных веществ, сигнальных молекул и фрагментов собственных внешних поверхностей. Эта структура, называемая мембрано-ассоциированным периодическим скелетом (MPS), представляет собой решетку, расположенную непосредственно под поверхностью нейронов.

В результатах, опубликованных в журнале Science Advances, команда показала, что MPS действует как физический привратник для почти всех основных типов эндоцитоза. Построенный из повторяющихся колец белков, MPS ранее был известен тем, что помогает нейронам сохранять свою форму. Новые результаты указывают на то, что он также играет гораздо более активную роль, контролируя, где и когда вещества попадают в клетку.

«В течение многих лет мы пытались понять этот молекулярный механизм, какое оборудование помогает облегчить этот процесс, потому что он связан с нейродегенеративными заболеваниями, — сказал Руобо Чжоу (Ruobo Zhou), доцент кафедры химии, биохимии и молекулярной биологии, а также биомедицинской инженерии в Университете штата Пенсильвания и автор-корреспондент исследования. — Когда эндоцитоз — этот процесс поглощения питательных веществ и регуляции — идет неправильно, в мозге накапливаются белковые агрегаты, что является отличительной чертой нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона».

Чжоу помог открыть MPS в 2013 году, работая постдокторантом в команде Гарварда. В то время ученые полагали, что структура в основном служит пассивной внутренней опорой. В новом исследовании Чжоу и его коллеги использовали сверхразрешающую визуализацию нейронов, выращенных в лаборатории, и обнаружили, что MPS ведет себя больше как клеточный контроллер движения, регулируя все основные формы эндоцитоза.

Исследователи полагались на передовую сверхразрешающую микроскопию, которая может выявлять структуры в наномасштабе — примерно в 10 000 раз меньше толщины человеческого волоса. Они изучали нейроны, выращенные в чашках Петри, и заставляли определенные белки формироваться внутри клеток, чтобы их можно было отслеживать.

Когда MPS был нарушен, нейроны начинали поглощать материал гораздо быстрее. Это указывало на то, что решетка обычно замедляет процесс и предотвращает чрезмерное поглощение. Исследователи также обнаружили, что структура может способствовать собственному разрушению: более быстрый эндоцитоз ослаблял решетку и запускал петлю положительной обратной связи.

Чтобы изучить возможную связь с болезнью Альцгеймера, исследователи создали клеточные эксперименты, напоминающие ранние стадии заболевания. Они заставили нейроны производить более высокие уровни белка-предшественника амилоида (APP), ключевого маркера, связанного с болезнью. Ослабление MPS заставляло нейроны поглощать APP быстрее. После попадания в клетки APP расщеплялся на амилоид-β42, токсичный фрагмент, сильно связанный с болезнью Альцгеймера. Нейроны с поврежденным MPS накапливали все больше этого вредного вещества и демонстрировали больше маркеров гибели клеток.

«Мы создали модель, очень похожую на болезнь Альцгеймера, и обнаружили, что в некоторых стареющих нейронах или нейронах в патологических условиях эндоцитоз токсичных белков усиливался, что вызывало стрессовые условия, в конечном итоге приводящие к гибели нейронов», — сказал Цзинюй Фэй (Jinyu Fei), аспирант химического факультета Колледжа наук Эберли Университета штата Пенсильвания и ведущий автор исследования.

Результаты показывают, что MPS может действовать как защитный барьер в нейронах, замедляя поглощение APP и ограничивая накопление токсичных молекул. Исследователи полагают, что защита или стабилизация этой решетки может предложить новый способ замедления нейродегенерации.

«Мы считаем, что это может открыть дверь для будущих методов лечения, таких как белковая мишень для лечения нейродегенеративных заболеваний, — сказал Фэй. — Сохранение или стабилизация MPS может предложить способ замедлить ранние, скрытые клеточные изменения, которые предшествуют симптомам болезни Альцгеймера».

Источники: sciencedaily.com, Penn State