Новое исследование в некоторой степени искупило тау-белок, который до сих пор ассоциировался с развитием болезни Альцгеймера. Оказывается, этот белок играет роль «хорошего парня», помогая защищать мозг от вредных свободных радикалов и способствуя здоровому старению.
Некоторое время назад тау-белок считался злодеем. Исследователи постоянно находили связь между болезнью Альцгеймера (и некоторыми другими неврологическими заболеваниями) и токсичными накоплениями, называемыми клубками, белка в нейронах мозга. Следовательно, основное внимание было уделено разработке методов устранения этих патологических клубков.
Но новое исследование, совместное исследование ученых из Медицинского колледжа Бейлора (BCM) и Неврологического исследовательского института Дункана (Duncan NRI) в Детской больнице Техаса, реабилитировало тау-белок, обнаружив, что он играет роль «хорошего парня», защищая наш мозг от вредных активных форм кислорода (ROS) и способствуя здоровому старению.
«ROS являются естественными побочными продуктами различных клеточных функций в организме», — сказала доктор Линдси Гудман, научный сотрудник кафедры молекулярной и человеческой генетики в BCM и ведущий автор исследования. «Хотя низкие уровни ROS полезны, избыток ROS вреден для клеток, поскольку он запускает выработку токсичных форм других молекул, которые вызывают окислительный стресс, включая перекисные липиды».
Схема, показывающая, как антиоксиданты взаимодействуют с нестабильными свободными радикалами, заменяя потерянный электронDepositphotos
Мозговым клеткам для функционирования требуется значительное количество кислорода. Метаболизм кислорода создает нестабильные молекулы – «свободные радикалы», подмножеством которых являются ROS – которые в здоровых количествах поддерживают рост мозговых клеток и когнитивные функции. Они нестабильны, потому что имеют нечетное число электронов. Антиоксиданты нейтрализуют свободные радикалы, отдавая один из своих электронов, стабилизируя их и уменьшая наносимый ими ущерб.
Окислительный стресс возникает, когда существует дисбаланс между производством и накоплением ROS в клетках. Длительный окислительный стресс повреждает клетки мозга и содержащиеся в них белки, липиды (жиры) и ДНК, что может способствовать старению и играть роль в развитии таких состояний, как рак, диабет и болезнь Паркинсона. Перекисное окисление липидов — это процесс, который вызывает ухудшение клеточных липидов ROS, что при средних или высоких показателях является токсичным.
В 2015 году команда в лаборатории Беллена обнаружила, что нейроны экспортируют эти токсичные перекисные липиды в соседние глиальные клетки — клетки, которые обеспечивают структуру и питательные вещества для нейронов и очищают отмершие — которые формируют из них липидные капли, которые они хранят во время бодрствования и преобразуют в энергию во время сна для поддержания надлежащего функционирования нейронов.
«Этот процесс эффективно удаляет и нейтрализует эти токсичные липиды», — сказал Гудман. «В текущем исследовании мы изучили роль тау в образовании глиальных липидных капель».
Проводя эксперименты на плодовых мушках, дрозофилах, исследователи обнаружили, что глиальным клеткам требуется нормальный, естественно вырабатываемый тау для формирования липидных капель и защиты от нейронных ROS. Они также обнаружили, что глиальным клеткам, полученным от крыс и людей, требуется тау для формирования липидных капель.
Потеря тау нарушает почкование липидных капель. Белые наконечники стрелок отмечают зрелые капли, которые успешно отпочковались от клетки; желтые наконечники стрелок отмечают будущие капли, которые должны отпочковаться, чтобы стать зрелыми каплямиGoodman et al.
Интересно, что в то время как введение нормального человеческого тау позволило глиальным липидным каплям сформироваться и созреть у плодовых мушек, лишенных собственного запаса белка, когда исследователи ввели человеческий тау с мутациями, вызывающими заболевания, которые были связаны с повышенным риском болезни Альцгеймера, глия оказалась неспособной формировать липидные капли в ответ на нейрональные ROS.
«Это доказывает, что мутации в тау могут снижать нормальную способность белка предотвращать окислительный стресс, а также вызывать накопление белка в типичных признаках заболевания, как описано в предыдущей работе», — сказал Гудман.
Когда исследователи использовали крысиные и плодовые мушки в качестве моделей состояний, связанных с тау — так называемых тауопатий, — которые вызывают повышенную экспрессию вызывающего заболевание человеческого тау-белка, они снова наблюдали нарушения в формировании глиальных липидных капель и разрушение глиальных клеток в ответ на нейрональные ROS. Похоже, что в случае с тау действует «принцип Златовласки»: слишком мало или слишком много белка вредно.
Исследователи говорят, что их выводы прокладывают путь к разработке новых способов лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
«Выявив удивительную новую нейропротекторную роль тау, исследование открывает дверь к потенциальным новым стратегиям замедления, обращения вспять и лечения нейродегенеративных заболеваний», — сказал доктор Хьюго Беллен, который возглавляет лабораторию молекулярной и человеческой генетики BCM и является автором-корреспондентом исследования.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Neuroscience.
