Альтернативная теория происхождения болезни Альцгеймера

Тайлер Лэмбет (Tyler Lambeth) (слева) и Райэн Джулиэн в лаборатории. (Фото: UCR/Julian lab)

Болезнь Альцгеймера, наиболее часто встречающаяся причина деменции у людей пожилого возраста, характеризуется присутствием бляшек и клубков в головном мозге, и подавляющее большинство исследований, имеющих целью найти средства излечения этой болезни, сфокусированы именно на этих аномальных структурах. Но ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside) открыли альтернативную химию, которая может быть ответственна за развитие разнообразных проявлений патологии при этом нейродегенеративном заболевании.

До сих пор наибольшее внимание ученых привлекали к себе бляшки и клубки. Бляшки, отложения фрагментов белка бета-амилоида, выглядят как скопления между нейронами. Клубки, перекрученные волокна другого белка – тау, выглядят как пучки волокон, образующиеся внутри клеток.

«Доминирующая теория, в основе которой лежит образование скоплений бета-амилоида, существует уже не одно десятилетие. За это время были проведены десятки основанных на этой теории клинических испытаний, но все они закончились провалом», - говорит руководитель исследования профессор химии Райэн Р. Джулиэн (Ryan R. Julian). «Помимо бляшек в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера наблюдается накопление лизосом. Нейроны – легко повреждаемые клетки, не подвергающиеся делению – предрасположены к проблемам с лизосомами, в частности, накоплению лизосом, что, по нашему мнению, является вероятной причиной болезни Альцгеймера». Результаты этого исследования опубликованы в журнале ACS Central Science, издании Американского химического общества (American Chemical Society).

Внутриклеточная органелла лизосома служит клетке в качество мусорного бака. Старые белки и липиды поступают в лизосому для разрушения до строительных блоков, которые затем отправляются обратно в клетку и встраиваются в новые белки и липиды. Чтобы сохранялась функциональность, синтез и деградация белков сбалансированы.

У лизосомы, однако, есть слабое место: если то, что в нее попадает, не разбивается на маленькие кусочки, эти фрагменты не могут покинуть лизосому. Клетка решает, что лизосома не работает, и «отправляет ее в хранилище», то есть клетка отравляет лизосому в сторонку и создает новую. Если новая лизосома тоже дает сбой, процесс повторяется, что приводит к накоплению лизосом.

«Мозг людей с болезнью лизосомального накопления, еще одним хорошо изученным заболеванием, и мозг людей, страдающих болезнью Альцгеймера, схожи с точки зрения лизосомального накопления», - продолжает профессор Джулиэн. «Но симптомы болезни лизосомального накопления проявляются в течение нескольких недель после рождения и часто приводят к смерти за пару лет. Болезнь Альцгеймера возникает значительно позже. Следовательно, временные рамки очень разные».

Профессор Джулиэн и его коллеги утверждает, что долгоживущие белки могут подвергаться спонтанным модификациям, что способно сделать их неперевариваемыми лизосомами.

«Со временем долгоживущие белки приносят все больше проблем и могут быть причиной лизосомального накопления, наблюдаемого при болезни Альцгеймера, заболевания, связанного с возрастом», - считает Джулиэн. «Если мы правы, это может открыть новые возможности в лечении и профилактике этого заболевания».

По мнению исследователей, изменения происходят в фундаментальной структуре аминокислот, составляющих белки, и эквивалентны изменению их хиральности: они спонтанно становятся зеркальным отображением своих исходных структур.

«В таком случае ферменты, которые обычно расщепляют белок, не могут этого сделать, потому что они не могут с ним связаться», - поясняет Джулиэн. «Это все равно что пытаться надеть левую перчатку на правую руку. В нашей статье мы показываем, что эта структурная модификация может происходить в бета-амилоиде и тау, белках, связанных с болезнью Альцгеймера. Эти белки подвергаются таким химическим изменением, которые почти невидимы, чем можно объяснить, почему исследователи не обратили на них внимания».

По мнения профессора Джулиэна, эти спонтанные изменения в структуре белка происходят с течением времени, то есть, если белок слишком долго «болтается» в клетке.

«То, что в долгоживущих белках происходят подобные модификации, известно давно, но никто никогда не задумывался над тем, могут ли эти модификации мешать лизосомам расщеплять такие белки», - продолжает Джулиэн.

Как считает ученый, одним из способов предотвратить это может быть рециклинг белков: они не должны лежать в клетке «мертвым грузом» настолько долго, чтобы подвергнуться этим химическим модификациям. Однако в настоящее время лекарств для лечения болезни Альцгеймера, способных стимулировать такой рециклинг - процесс, называемый аутофагией, – не существует».

Результаты, полученные в ходе этого исследования, могут иметь значение и для других возрастных заболеваний, таких как макулярная дегенерация и сердечные заболевания, связанные с лизосомальной патологией.

Профессор Джулиэн и его коллеги планируют изучить степень изменения белка в мозге человека в возрастном аспекте, сравнив мозг пациентов с болезнью Альцгеймера и людей, не страдающих ею.

По материалам

An alternate theory for what causes Alzheimer's disease

Оригинальная статья:

Tyler R. Lambeth, Dylan L. Riggs, Lance E. Talbert, Jin Tang, Emily Coburn, Amrik S. Kang, Jessica Noll, Catherine Augello, Byron D. Ford, Ryan R. Julian. Spontaneous Isomerization of Long-Lived Proteins Provides a Molecular Mechanism for the Lysosomal Failure Observed in Alzheimer’s Disease