Новые данные, полученные учеными Школы медицины Вашингтонского университета (Washington University School of Medicine) в Сент-Луисе, позволяют предположить, почему болезнь Паркинсона так избирательно повреждает нейроны, вырабатывающие дофамин.
Дофамин участвует в коммуникации клеток мозга, включая передачу сигналов, контролирующих движения. По мере того как болезнь Паркинсона убивает дофамин-продуцирующие нейроны, у пациентов начинает развиваться тремор, отмечаются проблемы с движением и другие неврологические симптомы.
Новое исследование показывает, что действие препарата, повреждающего дофамин-продуцирующие нейроны и имитирующего симптомы болезни Паркинсона, направлено на клеточные генераторы энергии – митохондрии. Это воздействие ухудшает способность митохондрий перемещаться по клетке, как это должно происходить в норме. В результате отмирают аксоны, длинные отростки, используемые нервными клетками для передачи сигналов, а несколько дней спустя умирает и тело нейрона.
Ученые-нейробиологи Чжон Сук Ким-Хан (Jeong Sook Kim-Han) и профессор неврологии Карен О'Мэлли (Karen O'Malley), PhD, нашли доказательства специфической уязвимости нейронов, повреждаемых при болезни Паркинсона. (Фото: Michael C. Purdy)
«Большая часть исследований в области лечения болезни Паркинсона фокусируется на спасении тел нейронов, но наши результаты предполагают, что очень важно сохранение в нормальном состоянии и аксонов», - объясняет профессор неврологии доктор философии Карен О'Мэлли (Karen O'Malley). «Когда отмирают аксоны, дофамин больше не поступает к нуждающимся в нем нейронам. У тела клетки остается меньше связей с другими клетками, а чтобы выжить, ему нужны такие связи».
Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Neuroscience.
Многие процессы, необходимые для поддержания жизнедеятельности, протекают в теле нейрона, и, чтобы достичь окончания аксона, их продукты иногда должны преодолевать значительные расстояния.
«Если, например, посмотреть на один из ваших периферических нервов, то тело клетки находится в позвоночнике, в то время как некоторые из аксонов достигают вашего большого пальца», - говорит О'Мэлли,. «Это как если бы тело клетки находилось в офисе в Сент-Луисе, а конец ее аксона - в Чикаго».
О'Мэлли сравнивает систему аксона, осуществляющую транспортировку необходимых грузов, с железной дорогой. Митохондрии являются частью груза, перевозимого железной дорогой. Они вырабатывают энергию, позволяющую аксону выполнять свою работу.
Для исследования на культуре нейронов мыши О'Мэлли использовала токсин MPP+, вызывающий симптомы аналогичные симптомам болезни Паркинсона.
«MPP+ - производное синтетической формы героина, разработанной в Калифорнии в начале 1980-х годов», - объясняет О'Мэлли. «Токсин обратил на себя внимание ученых, когда подростки-наркоманы стали попадать в больницы с симптомами болезни Паркинсона».
Профессор О'Мэлли установила, что токсин останавливает перемещение митохондрий в аксоне в течение 30 минут. «Железная дорога» еще функционирует, доставляя другие грузы к окончанию аксона. Но большинство митохондрий либо прекращают перемещение, либо направляются вместо аксона к телу клетки.
Она предположила, что митохондрии повреждаются изменениями, вызываемыми токсином, и направляются обратно в тело клетки для восстановления. Дополнительные эксперименты подтвердили эту теорию, показав, что митохондрии теряют способность поддерживать свой мембранный потенциал, определяющий их способность выполнять свои функции.
Специфичность этого токсина для дофамин-продуцирующих нейронов подтверждается тем, что в других типах нервных клеток он не вызывает проблем с транспортировкой митохондрий. При сравнении с другими типами нервных клеток митохондрии в дофамин-продуцирующих нейронах имеют меньший размер и перемещаются в три раза медленнее. Пока, однако, О'Мэлли не может с уверенностью сказать, что эти различия играют какую-либо роль в возникновении проблем, вызываемых токсином.
Ученые провели скрининг нескольких химических соединений, чтобы посмотреть, можно ли блокировать эффекты токсина. Эффективными оказались только два антиоксиданта – глутатион и N-ацетилцистеин. Последнее соединение уже известно как эффективное средство при применении на животных моделях болезни Паркинсона и используется для лечения пациентов с другими заболеваниями.
В настоящее время профессор О'Мэлли занимается изучением того, влияют ли на поврежденные токсином митохондрии два связанных с болезнью Паркинсона гена.
«Мы собираемся продолжить поиск специфических различий между этими клетками, что может помочь ученым разработать более эффективные лекарственные препараты», - говорит О'Мэлли.
