Болезнь Паркинсона – изнурительное неврологическое заболевание, которым страдают около 10 миллионов человек во всем мире. Он характеризуется прогрессирующим ухудшением физических функций, наиболее характерным из которых является неконтролируемый тремор, и включает нарушение работы и возможную гибель нервных клеток, расположенных в головном мозге. От этой болезни нет лекарства, и исследователи годами пытались полностью понять ее причину. В 1990-х годах область исследований болезни Паркинсона сделала большой скачок вперед, когда переизбыток протеина альфа-синуклеина был связан с развитием болезни. Этот белок, загадочный обитатель мозга, находится в основном на концах нейронов в так называемом нервном окончании. Попытки точно определить его роль в болезни Паркинсона с тех пор, как была обнаружена связь, до сих пор не увенчались успехом.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST) обнаружили, что белок препятствует ключевому этапу передачи нейронных сигналов, который важен для функционирования высшего мозга: эндоцитозу везикул на нервном окончании. Исследование было принято к досрочному выпуску в Journal of Neuroscience.
Нейротрансмиссия – это процесс, который позволяет нейронам передавать друг другу сигналы, важные для моторного, сенсорного и когнитивного функционирования. Когда электрический сигнал достигает нервного окончания и должен быть передан следующему нейрону, нейротрансмиттеры или химические посредники, упакованные в пузырьки, опосредуют этот процесс. Везикула – это контейнер, состоящий из липидной мембраны, из которой нейромедиатор попадает в синаптическую щель – пространство между нейронами. После высвобождения нейромедиатор захватывается рецепторами соседнего нейрона, и сигнал передается для дальнейшей передачи. Между тем, пустая везикула возвращается обратно в нервный конец, чтобы использовать его снова.
Извлечение опустошенной везикулярной мембраны называется "эндоцитоз," и именно этот процесс нарушает переизбыток альфа-синуклеина. Эндоцитоз имеет решающее значение для правильной нейротрансмиссии – когда он подавлен, то затрагиваются и остальные этапы передачи.
"Если вы подавляете [эндоцитоз в нервном окончании], то рециркуляция везикул замедляется и снабжение везикул подавляется," Профессор OIST Томоюки Такахаши из отдела клеточных и молекулярных синаптических функций объясняет. "Если вы используете везикулы мягко, это нормально, но если вы начнете их интенсивно использовать, это станет проблемой."
Высокочастотная передача, при которой активно используются везикулы, важна для таких процессов, как сенсорное восприятие, создание воспоминаний и моторный контроль. Исследователи OIST обнаружили, что при подавлении эндоцитоза высокочастотная передача прерывается намного быстрее, чем при нормальных обстоятельствах.
Более глубокий взгляд на механизм, с помощью которого альфа-синуклеин ингибирует эндоцитоз, выявил токсические эффекты чрезмерной сборки микротрубочек.
"Микротрубочка – это структурный белок," Профессор Такахаши объясняет. "Это как столб дома." По-видимому, слишком много альфа-синуклеина в нервном окончании вызывает чрезмерную сборку микротрубочек и каким-то образом мешает эндоцитозу. Это похоже на то, что в доме слишком много колонн и они расположены не в том месте – можно представить, что в таком доме будет сложно жить и правильно ориентироваться.
Исследователи полагают, что этот тормозной процесс, вызванный переизбытком альфа-синуклеина, происходит на ранних стадиях болезни Паркинсона, до того, как начнутся морфологические изменения, такие как потеря функции и гибель нейронов.
На вопрос, могут ли эти результаты помочь в разработке лечения болезни Паркинсона, профессор Такахаши отвечает: "Я думаю мы приближаемся. Мы знаем начальную цель и механизм…[Но] для того, чтобы перейти к стадии [лечения], нам, вероятно, следует немного поработать, чтобы узнать, с помощью какого механизма микротрубочки влияют на эндоцитоз."