5 Minutės
Ne visi neuronai Alzheimerio smegenyse pasiduoda. Kai kurie atsilaiko. Jie išgyvena biocheminę apgulą, net kai kaimyninės ląstelės žūsta dėl neteisingai susilankstžiusių baltymų svorio. Šis atsparumas ilgą laiką kėlė smalsumą; dabar CRISPR pagrįsta paieška žmogaus neuronuose atskleidė molekulinę komandą, kuri aktyviai pažymi ir šalina toksišką tau, kol jis spėja uždusti ląstelę.
Paslėpti gynėjai žmogaus neuronuose
Tau baltymai yra dvigubi agentai. Sveikose ląstelėse jie stabilizuoja mikrotubules ir padeda pernešti maistines medžiagas bei organelius per aksonus. Tačiau kai jų struktūra pakinta, tau molekulės sukimba ir formuoja agregatus, kurie susiję su blogėjančia neurodegeneracija. Tau susigrobimo laipsnis koreliuoja su ligos sunkumu Alzheimerio, frontotemporinės demencijos ir susijusių sutrikimų atvejais.
Norėdami suprasti, kodėl kai kurie neuronai atsparūs tau toksiškai transformacijai, UCLA Health ir UCSF komandos pasitelkė ambicingą metodą: genominį CRISPR ekraną neuronams, išaugintiems iš žmogaus kamieninių ląstelių. Tai nebuvo bendros laboratorinės ląstelės — jos turėjo tikrą ligą sukeliančią mutaciją MAPT V337M, žinomą dėl to, kad skatina tau priimti kenksmingą „Alzheimerio lanką“. Tai svarbu. Ląstelės su autentišku patologiniu fonu atskleidžia mechanizmus, kurie, greičiausiai, turi reikšmės žmonėms, geriau nei dirbtinės sistemos rezultatai.
„Mes naudojome žmogaus neuronus, turinčius tikrą ligą sukeliančią mutaciją,“ sakė Avi Samelson, darbo pirmasis autorius ir UCLA Health docentas. „Šios ląstelės natūraliai skiriasi tau apdorojimu, todėl esame įsitikinę, kad identifikuoti mechanizmai yra svarbūs žmogaus ligai.“
Kaip veikė ekranas
Iš esmės tyrėjai po vieną išjungdavo maždaug 20 000 genų ir stebėjo, kurie pokyčiai darė tau labiau arba mažiau linkusį į agregaciją. Mastas buvo įspūdingas: daugiau nei tūkstantis genų paveikė tau kaupimąsi, nukreipdami į signalinius kelius, kurie iki tol buvo nepastebėti tik genetinių asociacijų studijų. Tai funkcinių ekranų galia — svarbu ne tik kurie genai egzistuoja, bet ir ką jie daro neuronuose.
Martin Kampmann, vyresnysis darbo autorius iš UCSF, pabrėžė naujumą: „Tai pirmas kartas, kai galėjome patikrinti žmogaus neuronus dėl genų, lemiančių jų atsparumą tau.“ Šis funkcinis žvilgsnis atskleidė netikėtą žvaigždę: ubiquitino ligazės kompleksą, vadinamą CRL5SOCS4.
CRL5SOCS4 veikia kaip kokybės kontrolės prievaizdas. Jis prisitvirtina molekulinius žymeklius — ubiquitino molekules — prie nenormalių tau, pažymėdamas šiuos baltymus sunaikinimui proteasomoje, ląstelės baltymų perdirbimo įrenginyje. Ląstelės, kurios po mirties žmogaus smegenų audinyje rodė didesnį CRL5SOCS4 ekspresijos lygį, taip pat parodė didesnį išlikimą Seattle Alzheimerio ligos smegenų atlase, susiedamos in vitro atradimą su žmonių liga.
Ryšiai su mitochondrijomis, oksidaciniu stresu ir biomarkeriais
Ne visi tau sutrikimai kyla iš pačių tau genų. Ekranas pažymėjo ir mitochondrijų genus. Kai tyrėjai sutrikdė mitochondrijų funkciją, neuronai ėmė gaminti tau fragmentus — mažas baltymo dalis, panašias į fragmentus, matuojamus paciento kraujyje ir cerebrospinaliniame skystyje kaip jautrūs Alzheimerio biomarkeriai. Kodėl? Nes netinkamai veikiančios mitochondrijos padidina oksidacinį stresą energijos gamybos metu, o oksidaciniai pažeidimai, atrodo, daro tau labiau linkusį lūžti ir kauptis.
Pagalvokite apie proteasomas kaip gamyklos smulkintuvą. Jei smulkintuvo variklis perkaista arba užstringa dėl oksidacinio streso, pažymėti baltymai susikaupia. Tyrimas parodė, kad proteasomos disfunkcija paverčia valdomą problemą į kaskadą: neteisingai apdoroti tau fragmentai kaupiasi, sėja agregatus ir spartina neuroninį pažeidimą.
Be žinomų kelių patvirtinimo, ekranas atskleidė netikėtus tau lygių reguliatorius — molekulinius kelius, kuriuos mokslininkai turės išnarplioti, kad suprastų, kaip tiksliai jie moduliuoja agregaciją. Išvados sujungia kelis siūlus: genetinį jautrumą, baltymų kokybės kontrolę, energijos apykaitą ir ląstelės atsaką į oksidacinį stresą.
Terapiniai pasirinkimai ir praktiniai iššūkiai
Pirmasis terapinis sumanymas yra paprastas: sustiprinti smegenų savas „hazmat“ komandas. Vienas kelias — sustiprinti CRL5SOCS4 aktyvumą, kad tau būtų ubiquitinuotas ir nukreiptas į proteasomą prieš jam pradėjus sėti toksiškus gumulus. Kitas — apsaugoti proteasomas nuo oksidacinio pažeidimo, kad ląstelės šalinimo sistema veiktų net esant stresui.
Kaip tai veiktų praktiškai? Mažos molekulės, stabilizuojančios sąveiką tarp CRL5SOCS4 ir tau, galėtų padidinti tau šalinimą. Antioksidacinės strategijos, orientuotos į proteasomas, arba mitochondrijų terapijos, mažinančios reaktyviųjų deguonies rūšių gamybą, galėtų sumažinti agregacijai linkusių tau fragmentų susidarymą. Abu požiūriai turi iššūkių: specifiškumas, pristatymas per kraujagyslių ir smegenų barjerą ir nenorimų poveikių baltymų apykaitai vengimas.
Tyrimas pabrėžia platesnę pamoką: žmogaus biologija kartais jau įkoduota elegantiškomis gynybomis. Vietoje naujos mašinerijos išradimo terapija gali sustiprinti tai, ką evoliucija paliko.
Ekspertų įžvalgos
„Šis straipsnis sujungia galingą funkcinį ekraną su ligai aktualiomis žmogaus ląstelėmis,“ sako dr. Elena Ruiz, neurobiologė didelėje tyrimų ligoninėje, kuri nedalyvavo tyrime. „Vertimas į kliniką — pereiti nuo genų atradimų prie mažų molekulių, didinančių CRL5SOCS4 arba apsaugančių proteasomas — bus sunkus, bet tai labiau fokusuotas kelias nei bandyti išvalyti kiekvieną agregatą, kai jis jau susiformavo.“
Skubos yra, žinoma. Populiacija sensta, todėl veiksmingos demencijos intervencijos yra visuomenės sveikatos prioritetas. Bet atradimas yra atrankos procesas: kurie molekuliniai svertai juda pakankamai, kad būtų „ginkluojami“ vaistais be šalutinio žalos? Šis ekranas nurodo kelis perspektyvius svertus. Dabar užduotis — paversti juos saugiomis, taikytinomis intervencijomis ir išbandyti, ar natūralių atsparumo mechanizmų stiprinimas gali atitolinti arba užkirsti kelią klinikiniam pablogėjimui.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą