Исследователи использовали неинвазивный метод наблюдения за тем, как процесс, ведущий к болезни Паркинсона, протекает на наноуровне, и определили точку в процессе, в которой белки в головном мозге становятся токсичными, что в конечном итоге приводит к гибели клеток мозга.
Результаты показывают, что один и тот же белок может вызывать или защищать от токсических эффектов, которые приводят к гибели клеток мозга, в зависимости от конкретной структурной формы, которую он принимает, и что токсические эффекты сохраняются при дисбалансе уровня белка в естественной форме в клетке. Работа может помочь понять, как и почему у людей развивается болезнь Паркинсона, и помочь в поиске возможных методов лечения. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Используя микроскопию сверхвысокого разрешения, исследователи из Кембриджского университета смогли наблюдать за поведением различных типов альфа-синуклеина, белка, тесно связанного с болезнью Паркинсона, чтобы выяснить, как он влияет на нейроны и в какой момент становится токсичным.
Болезнь Паркинсона – одно из ряда нейродегенеративных заболеваний, возникающих, когда природные белки складываются в неправильную форму и слипаются с другими белками, в конечном итоге образуя тонкие нитевидные структуры, называемые амилоидными фибриллами. Эти амилоидные отложения агрегированного альфа-синуклеина, также известные как тельца Леви, являются отличительным признаком болезни Паркинсона.
Болезнь Паркинсона – второе по распространенности нейродегенеративное заболевание во всем мире (после болезни Альцгеймера). Около 130 000 человек в Великобритании и более семи миллионов человек во всем мире страдают этим заболеванием. Симптомы включают мышечный тремор, скованность и затруднения при ходьбе. Деменция часто встречается на более поздних стадиях заболевания.
"Что не было ясно, так это то, являются ли фибриллы альфа-синуклеина токсичными для клетки после образования," – сказала доктор Доротея Пиноци из Кембриджского факультета химической инженерии и биотехнологии, первый автор статьи.
Пиноци и ее коллеги из Кембриджского факультета химической инженерии & Отдел биотехнологии и химии, возглавляемый доктором Габриэле Камински Ширле, использовали оптические методы «сверхвысокого разрешения» для изучения живых нейронов без повреждения тканей. "Теперь мы можем посмотреть, как белки, связанные с нейродегенеративными состояниями, со временем растут, и как эти белки объединяются и передаются соседним клеткам," сказал Пиноци.
Исследователи использовали различные формы альфа-синуклеина и наблюдали их поведение в нейронах крыс. Затем они смогли соотнести то, что они видели, с количеством присутствующей токсичности.
Они обнаружили, что когда они добавляли фибриллы альфа-синуклеина к нейронам, они взаимодействовали с белком альфа-синуклеина, который уже был в клетке, и никаких токсических эффектов не наблюдалось.
"Считалось, что амилоидные фибриллы, атакующие здоровый белок в клетке, будут токсичными для клетки," сказал Пиноци. "Но когда мы добавили другую растворимую форму альфа-синуклеина, она не взаимодействовала с белком, который уже присутствовал в нейроне, и, что интересно, именно здесь мы увидели токсические эффекты, и клетки начали умирать. Итак, каким-то образом, когда добавляли растворимый белок, он создавал этот токсический эффект. Кажется, что повреждение нанесено еще до того, как образуются видимые фибриллы."
Затем исследователи заметили, что путем добавления растворимой формы альфа-синуклеина вместе с амилоидными фибриллами токсический эффект первого может быть преодолен. Оказалось, что амилоидные фибриллы действуют как магниты для растворимого белка и поглощают пул растворимого белка, защищая от связанных с ним токсических эффектов.
"Эти результаты меняют то, как мы смотрим на болезнь, потому что повреждение нейрона может произойти, когда в клетке просто присутствует дополнительный растворимый белок – это избыточное количество этого белка, которое, по-видимому, вызывает токсические эффекты, которые приводят к смерти. клеток мозга," сказал Пиноци. Чрезмерно растворимый белок может быть вызван генетическими факторами или старением, хотя есть некоторые свидетельства того, что это также может быть вызвано травмой головы.
Исследование показывает, насколько важно полностью понимать процессы, лежащие в основе нейродегенеративных заболеваний, чтобы можно было выбрать правильный шаг в этом процессе. "С помощью этих оптических методов сверхвысокого разрешения мы действительно можем видеть детали, которые не могли видеть раньше, поэтому мы сможем противодействовать этому токсическому эффекту на ранней стадии," сказал Пиноци.