Ученые раскрыли секретный механизм мозга, вызывающий деменцию

Ученые выявили нового виновника развития деменции: свободные радикалы из определенных областей звездчатых опорных клеток мозга, называемых астроцитами.

Исследователи из Медицинского центра Weill Cornell в Нью-Йорке сосредоточили свои исследования на митохондриях — крошечных структурах в астроцитах и ​​других клетках, которые получают питательные вещества из пищи и преобразуют их в химическую энергию.

Хотя митохондрии вырабатывают большую часть энергии, необходимой организму для функционирования, они также выделяют активные формы кислорода (АФК), молекулы, обычно называемые свободными радикалами. В норме АФК помогают регулировать важнейшие клеточные функции, но их чрезмерная или несвоевременная выработка может привести к повреждению клеток.

В больных астроцитах внешние триггеры, такие как воспалительные молекулы или связанные с болезнью Альцгеймера белки бета-амилоида , заставляют определенный участок митохондрий вырабатывать избыточные ROS в неподходящее время и в неподходящем месте.

Когда группа исследователей вводила мышам, моделирующим лобно-височную деменцию, соединение под названием S3QEL, астроциты становились менее активными, воспалительные сигналы снижались по всему мозгу, а также наблюдалось снижение уровня тау-белков, связанных с деменцией.

Примечательно, что эти эффекты проявлялись даже тогда, когда лечение начиналось после того, как симптомы деменции уже проявились.

Группа ученых также сообщила, что мыши, получавшие экспериментальное лечение с кормом, жили дольше, чем мыши, питавшиеся стандартным сухим кормом без S3QEL.

Этот процесс является узконаправленным. Он включает в себя специфические сигналы, которые активируют свободные радикалы в определённой области митохондрий клетки, вызывая повреждение определённого набора белков.

Они давали препарат мышам, подмешивая его в специальный корм или вводя инъекционно. Затем они несколько месяцев лечили мышей, склонных к деменции. Чтобы проверить эффективность препарата, они искали ключевые изменения.

Они проверили поведение мышей, включая их движения и координацию, чтобы увидеть, улучшились ли их симптомы. Они также исследовали мозг мышей под микроскопом на наличие признаков воспаления и повреждения белков после их смерти.

Читать далее

В то же время они провели эксперимент в лабораторных условиях на извлеченных клетках мозга, включая нейроны, астроциты и микроглию, взятых у генетически модифицированных детенышей мышей.

Они вывели мышей, генетически предрасположенных к обходу CIII. Затем они взяли образцы культуры астроцитов из их мозга.

Целью группы было доказать, что их результаты были обусловлены именно путем Комплекса III (CIII) в астроцитах, особым процессом в митохондриях, где Комплекс III генерирует вредные свободные радикалы, которые повреждают астроциты в мозге и других клетках по всему организму.

Соединения S3QEL были специально разработаны для воздействия на этот путь внутри митохондрий в надежде снизить выработку свободных радикалов.

Было обнаружено, что вредные свободные радикалы, выделяемые астроцитами, активируют гены, которые, как известно, вызывают воспаление мозга.

Но когда они ввели экспериментальное соединение, эта реакция снизилась, подобно уменьшению громкости на стереосистеме.

Затем группа лечила больных мышей S3QEL или плацебо и провела серию тестов в течение нескольких недель, оценивая их движения, координацию и общий уровень активности, чтобы выяснить, улучшает ли лечение их повседневные функции и симптомы.

У больных мышей наблюдалось аномальное подгибание ног, когда их держали за хвост, что являлось рефлексом, указывающим на плохой контроль над движениями, однако препарат уменьшил этот рефлекс.

Когда мышей гуманно усыпили, исследователи обнаружили, что у подопытных мышей в мозге было меньше маркеров воспаления и меньше активированной микроглии — иммунных клеток центральной нервной системы.

У них также было меньше токсичных тау-белков, которые, как считается, играют основную роль в развитии болезни Альцгеймера.

В здоровых клетках мозга тау-белок помогает стабилизировать внутренние структуры. Однако при деменции он отсоединяется и скапливается внутри нейронов, образуя токсичные клубки, что в конечном итоге приводит к их гибели.

В отдельной группе мышей, которые не подвергались эвтаназии, мыши, получавшие лечение, также прожили на 17–20 процентов дольше, чем их сородичи, получавшие плацебо.

Автор-корреспондент доктор Адам Орр сказал: «Исследование действительно изменило наше представление о свободных радикалах и открыло много новых направлений для изучения».

В настоящее время большинство методов лечения болезни Альцгеймера направлены непосредственно на ключевые белки, включая тау и амилоидные бляшки в нейронах.

Однако последние открытия ученых из Вейл Корнеллского университета впервые выявили новую цель — сверхактивные астроциты.

Они предполагают, что эффективное лечение нейродегенеративного заболевания может заключаться не только в очищении нейронов от отходов, таких как избыток тау, но и в успокоении воспаления, которое позволяет повреждению прогрессировать.

Хотя на разработку и тестирование препарата для применения уйдут годы, эта работа открывает перспективы будущего, в котором деменцию можно будет лечить с помощью целенаправленного, хорошо переносимого препарата, который замедлит разрушительное течение болезни.

Результаты их испытаний были опубликованы в журнале Nature Metabolism .

По оценкам, деменцией страдают около семи миллионов американцев. Около 6,7 миллиона из этих случаев — это болезнь Альцгеймера.