Исследователями Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University), США, при изучении in vitro клеток головного мозга была раскрыта взаимосвязь между одной из наиболее распространенных генетических мутаций, наблюдаемой при болезни Паркинсона, и молекулярными механизмами дисфункций, приводящих к деградации моторных нейронов при данном заболевании. Указанная мутация наблюдается в гене, ответственном за экспрессию глюкоцереброзидазы (GBA1) — фермента, метаболизирующего в клетке молекулы липидов, которые, как известно, составляют основу клеточных мембран. На основании описанных изменений исследователи выдвинули предположение о том, что изменения молекулярного состава липидов инициируют процессы конгломерации белка в клетках мозга, а это приводит к образованию так называемых «мертвых зон», известных как тельца Леви и способных оказывать отрицательное влияние на моторные функции, а также обучение и поведенческие особенности. По мнению авторов, полученные данные расширяют представления о влиянии мутации GBA1 и ее роли в развитии болезни Паркинсона. Основные положения работы опубликованы в издании «Proceedings of the National Academy of Sciences».
Известно, что тельца Леви — конгломераты α-синуклеинов. В здоровых клетках одиночные α-синуклеины объединяются в группы тетрамеров, отличающихся большей устойчивостью к агрегации в тканях головного мозга. Однако при болезни Паркинсона одиночные α-синуклеины формируют конгломераты в зоне клеточных мембран, что препятствует естественному межклеточному взаимодействию нейронов. В структуре клеточной мембраны липиды являются основным связующим звеном, поддерживающим сложный архитектурный дизайн протеинов. При этом в здоровых клетках фермент GBA1 обеспечивает должную функциональность липидов, входящих в состав мембран. Исходя из этого, в новом исследовании ученые в качестве исходной гипотезы выдвинули тезис о том, что мутация гена GBA1 может приводить к нарушениям морфофункциональных характеристик липидов, а это, в свою очередь, может изменять свойства клеточных мембран и определять нестабильность тетрамеров α-синуклеина.
С целью экспериментальной проверки заявленной гипотезы учеными проведена оценка эффектов, наблюдаемых при удалении гена GBA1 в клетках мозга in vitro с применением технологии редактирования генов CRISPR-Cas9. Так, 50% «отредактированных» клеток обрабатывали миглустатом с целью блокирования в них синтеза молекул липидов, после чего была проведена оценка уровней внутриклеточных протеинов.
Установлено, что удаление GBA1 приводит к возрастанию уровня глюкозилцерамида. При этом повышение концентрации глюкозилцерамида способствовало уменьшению количества стабильных тетрамеров α-синуклеина, тогда как на фоне применения миглустата отмечалось восстановление числа тетрамеров до показателей, близких к нормальным. Это позволило ученым предположить, что повышенные уровни глюкозилцерамида дестабилизируют клеточную мембрану, способствуя мобилизации тетрамеров α-синуклеина и распаду на единичные α-синуклеины. Такое понимание процесса является новым, поскольку в более ранних исследования данной темы внимание уделялось механизму влияния мутации GBA1 на процесс агрегации α-синуклеина, но не взаимодействию со стабильными тетрамерами.
На последующем этапе исследования учеными была предпринята попытка экстраполировать полученные результаты в эксперименте с нейронами, взятыми у пациентов с GBA1-ассоциированной болезнью Паркинсона. В итоге установлено, что, как и в клетках in vitro, содержание глюкозилцерамида в мембранах нейронов, измененных патологическим процессом, вдвое превышало показатели здоровых клеток. При этом количество одиночных α-синуклеинов в таких нейронах также возрастало, тогда как применение миглустата эффективно восстанавливало тетрамеры α-синуклеина до уровней, близких к физиологичным.
Перспективу дальнейших исследований коллектив ученых видит в более детальном изучении влияния GBA1 на формирование α-синуклеиновых тетрамеров, а также общих физиологических закономерностей функционирования нейронов.
- Johns Hopkins Medicine (2018) Faulty cellular membrane ‘mix’ linked to Parkinson’s disease. ScienceDaily, Mar. 15 (https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180315091240.htm).
- Kim S., Yun S.P., Lee S. et al. (2018) GBA1 deficiency negatively affects physiological α-synuclein tetramers and related multimers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115(4): 798–803.
Наталья Савельева-Кулик
