- Статьи
- Наука и техника
- Включить мозги: «переключатель» нейронных связей поможет при болезни Альцгеймера
Включить мозги: «переключатель» нейронных связей поможет при болезни Альцгеймера
Российские ученые определили свойства белка, который усиливает обмен кальцием между клетками мозга. Воздействие на них укрепляет нейронные связи, а значит, способно возвращать память и мышление. Полученные данные помогут медикам создать лекарство от болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний. Понять механизм действия белков специалистам удалось благодаря новому методу исследования: нейроны поместили в специальный гель и растянули их в разные стороны. Это увеличило клетку практически в три раза и позволило увидеть то, что ранее было недоступно микроскопу. По мнению экспертов, открытие действительно приближает специалистов к созданию новых эффективных препаратов. Однако путь от научной стадии до применения на пациентах может занять десятилетия.
Усиливающий нейронные связи белок
Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого при помощи современных методов изучили механизм обмена кальцием в клеточной культуре нейронов гиппокампа — структуре мозга, которая отвечает за память. Они обнаружили новый механизм, который стимулирует формирование скопления белков — кластеров, усиливающих этот процесс. В результате их воздействия укрепляются нейронные связи, которые отвечают за память и мышление. Ученые также определили функцию одной из органелл синапсов нейронов, которая ранее была неизвестной. Полученные данные можно будет использовать для создания лекарств против болезни Альцгеймера и других патологий, связанных с нейродегенерацией.
— Нас заинтересовали данные некоторых исследований, посвященных действию кластеров одного из белков в не нейрональных клетках человека. Исследователи из США и Европы получили результаты, что скопления белков первого типа ослабляются тубулиновым цитоскелетом (скелет клетки), и значит, обмен кальция снижается. Однако существует похожий по структуре белок второго типа, который остается малоизученным, — он чаще всего находится в синапсах зрелых нейронов. Наши данные на нейронах показали, что благодаря белку второго типа всё происходит наоборот — воздействие цитоскелета заставляет данные белки формировать больше кластеров, и значит, обмен кальцием усиливается. Чтобы понять, почему получаются противоположные результаты, мы сравнили белки из обычных клеток и из нейронов. Они очень похожи между собой, но немного отличаются, — сказала заведующая научно-исследовательской лабораторией анализа биомедицинских изображений и данных СПбПУ Екатерина Пчицкая.
Заведующая научно-исследовательской лабораторией анализа биомедицинских изображений и данных СПбПУ Екатерина Пчицкая
Оказалось, что, несмотря на сходство по структуре, эти белки сильно различаются по действию. На клеточной модели болезни Альцгеймера ученые показали, что нейрональный белок усиливает синапсы — межклеточную связь между нейронами. Если стимулировать образование кластеров с помощью особых структур цитоскелета — микротрубочек, то больше кальция входит в клетку, синапсов становится больше и сами отростки увеличиваются в размерах. Они могут противостоять токсичности и становятся больше похожи на нормальные клетки, рассказала исследовательница.
Обмен кальцием важен для всех клеток организма человека. В нейрональных клетках без него невозможна передача сигнала. Входя в синапсы, кальций запускает каскад реакций, которые приводят к увеличению или уменьшению нервных отростков. По сути, изменение нейронов — это процесс пластичности, то есть передачи информации в мозге, которая обеспечивает работу памяти и мышления. Без обмена кальцием это невозможно.
В своей работе ученые использовали новый метод экспансионной микроскопии, с помощью которого они увидели, что происходит в клетках с большим увеличением. Образец помещается в специальный гель, затем равномерно растягивается в разные стороны и увеличивается практически в три раза. За счет этого повышается разрешение без покупки дорогостоящего оборудования, что позволяет увидеть то, что ранее было недоступно на стандартном микроскопе.
Новые мишени для лечения болезни Альцгеймера
Еще один важный результат научной работы в том, что ученые смогли показать влияние белков II типа на эндоплазматический ретикулум (малоизученная органелла клетки) в нейронах. Ранее оно оставалось неизвестным. Оказалось, что эти белки меняют его структуру и стабилизируют нейронную связь. В результате эта связь может сохраняться дольше. При нейродегенерации в клетках возникает нехватка тех самых кластеров, что может привести к отсутствию эндоплазматического ретикулума в синапсах, а значит, сделать их менее стабильными. Ученые собираются проверить эту гипотезу в будущих исследованиях.
— Так как белковые кластеры II типа участвуют в движении эндоплазматического ретикулума, то их можно использовать как новую идею мишеней для лекарственных средств против нейродегенерации, — сказала инженер-исследователь научно-исследовательской лаборатории анализа биомедицинских изображений и данных СПбПУ Анастасия Раковская.
В перспективе результаты исследования должны помочь при создании лекарственных препаратов, направленных на борьбу с болезнью Альцгеймера и иными нейродегенеративными и когнитивными расстройствами, в том числе, возможно, болезнями Хантингтона и Паркинсона, отметил заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.
— Однако на текущий момент мы имеем результаты лабораторных исследований, и создание на их основе лекарственных препаратов, а тем более внедрение их в практику займет, к сожалению, не один десяток лет даже при современном уровне фармацевтики и биотехнологий, — сказал Станислав Отставнов.
Динамические микротрубочки взаимосвязаны с образующими нейронные связи дендритными шипами. Они играют критическую роль в поддержании нормальной функции нейронов и синаптической передачи. Исследование этих взаимодействий может помочь лучше понять механизмы нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз. Это позволит найти новые подходы к их лечению, добавила руководитель НПЦ «Виртуальная клиника» Московского института психоанализа Ольга Валаева.
