Цивилизация
Серьезные нарушения работы нервной системы часто возникают из-за слипания белков. Группа российских биологов показала, что обычно вызывающая нейродегенеративные заболевания мутантная форма белка FUS не приводит к разрушительным для нервной системы процессам, если вырабатывается в меньшем количестве. Изучение защитных механизмов, поддерживающих нейроны в рабочем состоянии, позволит выявить потенциальные терапевтические мишени для активации подобной защиты у пациентов. Подробнее с результатами работы можно ознакомиться в журнале Neurochemical Research. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Ограничение подвижности и контроля над собственным телом и сознанием — один из самых страшных прогнозов для любого человека. С возрастом увеличивается риск развития нейродегенеративных заболеваний, самыми распространенными из которых являются болезни Паркинсона и Альцгеймера, однако боковой амиотрофический склероз (БАС), от которого страдал известный физик Стивен Хокинг, чаще поражает пациентов в более молодом возрасте.
В основе развития данных нейродегенеративных заболеваний часто лежит патологическое слипание (агрегация) в клетке белков с нарушенной структурой. При БАС в составе таких агрегатов часто обнаруживается белок FUS (fused in sarcoma), в норме задействованный в большом количестве клеточных процессов и участвующий в регуляции синтеза других клеточных белков. Обычно такие регуляторы находятся в основном в ядре — хранителе генетической информации клетки. Но за счет специальной последовательности в составе молекулы они способны связываться с транспортными белками и перемещаться из ядра во внеядерное пространство клетки и обратно. Из-за мутаций в генетической последовательности такой метки происходит нарушение транспорта и, как результат, накопление и слипание патогенных форм белка FUS вне ядра. Образование белковых агрегатов в нейронах, связанных с мышцами, приводит к гибели нервных клеток и, как следствие, к параличу верхних и нижних конечностей. Состояние больного продолжает ухудшаться и заканчивается его гибелью. Основной причиной смертельных исходов при БАС является дыхательная недостаточность, возникающая из-за нарушения движения диафрагмы и другой мускулатуры, обеспечивающей дыхание.
Сотрудники лаборатории генетического моделирования нейродегенеративных процессов Института физиологически активных веществ РАН совместно с коллегами из Института биологии гена РАН воссоздали на мышах модель бокового амиотрофического склероза. В геном этих животных была встроена генетическая конструкция, кодирующая человеческий белок FUS с удаленной последовательностью метки ядерной локализации. Такая форма белка обладает повышенной склонностью к слипанию, что воспроизводит основной молекулярный механизм развития некоторых наследственных форм БАС.
Ученые создали две экспериментальные группы мышей с одним и тем же геном человеческого FUS, но различающиеся по активности синтеза трансгенного белка. У мышей с высоким уровнем уже в возрасте четырех месяцев были крупные белковые включения FUS в нейронах, у них быстро прогрессировали нарушения координации движения, развивался паралич конечностей, и вскоре они умирали. Такая картина хорошо отражает основные симптомы БАС у пациентов. У животных из группы с низким уровнем синтеза не было крупных белковых агрегатов FUS в цитоплазме нейронов. Эти мыши не проявляли никаких двигательных нарушений и жили столько же, сколько и их не модифицированные собратья.
Отсутствие нейродегенеративного процесса у животных с низким уровнем синтеза FUS позволило ученым предположить, что нейроны таких мышей смогли нейтрализовать негативное воздействие мутантного белка. Как у трансгенных животных, так и у пациентов с БАС пораженные нейроны способны к нормальной работе на протяжении относительно длительного времени, пока концентрация патогенных форм не достигает критического значения. Это происходит потому, что в ответ на появление «испорченного» белка в нейронах активизируются защитные механизмы, которые помогают успешно подавить развитие дегенеративных механизмов на ранних стадиях развития заболевания.
Для понимания того, какие внутриклеточные механизмы обеспечивают защиту нейронов от мутантных форм белка FUS, биологи сравнили активность работы различных групп генов в спинном мозге у животных с низким уровнем синтеза трансгенного белка FUS в сравнении с животными дикого типа, то есть без внедрения мутантной конструкции в геном. Среди групп с наибольшим изменением уровней активности ученые обнаружили гены, участвующие в создании межклеточных контактов и формировании внеклеточного матрикса, а также гены, вовлеченные в процессы формирования двигательных нейронов по мере развития нервной системы, процессы сборки белков и регуляцию биологических процессов, связанных со сменой дня и ночи.
«На данный момент не существует эффективных методов лечения нейродегенеративных заболеваний, но мы надеемся, что наше исследование поможет раскрыть тонкие механизмы клеточной защиты. Мы предполагаем, что изменения активности описанных генов способны компенсировать патогенное воздействие мутантных форм белка FUS на клетки нервной системы. Дальнейшее исследование таких компенсаторных механизмов позволит разработать способы запуска собственных ресурсов нейрона при терапии БАС», — поделилась руководитель проекта Наталья Нинкина, профессор, доктор медицинских наук, заведующая лабораторией генетического моделирования нейродегенеративных процессов Института физиологически активных веществ Российской академии наук (Черноголовка).
