В начале 2016 года было опубликовано открытие, сделанное учеными из Университета Джонса Хопкинса (Балтимор, США). Они привели весомое доказательство того, как высокие дозы кокаина убивают клетки мозга. Оказалось, что в основе лежит процесс аутофагии — биологического явления, при котором клетки в буквальном смысле съедают себя сами. Интерес к этому исследованию подогревает тот факт, что научный коллектив, возможно, стоит на пороге создания лекарства от кокаиновой зависимости. Работа представлена в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Молекула кокаина
В природе иногда необходимо разрушение клеток, например, когда они состарились или произошел преждевременный сбой в их работе. Эти клетки должны быть уничтожены. Существует три возможных механизма. Один из вариантов подобных процессов — аутофагия, при которой остатки клеточных субстанций перерабатываются и вновь используются. Следует понимать, что аутофагия— процесс необходимый для удаления из тканей всего ненужного и опасного, но иногда аутофагия может активироваться и в молодых здоровых клетках, и это уже больше похоже на самоубийство. Кстати, за изучение этого процесса в 2016 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине.
Биологи из Университета Джонса Хопкинса вводили мышам кокаин, чтобы выяснить, каким именно образом клетки умирают от одного из самых распространенных наркотиков — кокаина (подробнее об этой нейромолекуле можно прочитать в нашей специальной статье). В результате они сделали вывод о том, что кокаин ускоряет смерть нейронов за счет избыточного запуска процессов автофагии. Кроме того, даже у мышей, рожденных от матерей, находившихся во время беременности под воздействием кокаина, учащен процесс «самоубийства» клеток мозга.
«Аутофагия — это домработница, которая выбрасывает из дома всякий хлам, и это очень хорошо. Но воздействие кокаина заставляет ее выносить из дома действительно нужные и ценные вещи», — говорит доктор Прасун Гуха, соавтор статьи.
В своей предыдущей работе команда биологов уже установила, что оксид азота (II), который выделяется клетками, участвует в клеточной смерти, вызванной кокаином, за счет формирования взаимосвязи с ферментом GAPDH. А новое исследование пролило свет на то, каким именно образом (из возможных трех механизмов) клетки умирают. По мере накопления в клетках «отходов» они собираются в лизосомы — специальные «мешки», которые содержат внутри кислоты, разрушающие все, что попадает внутрь. Постепенно лизосомы накапливаются в клетке и сливаются друг с другом. «Если этот налаженный процесс выходит из под контроля, то срабатывает курок, и клетка умирает», — говорит профессор Саломон Шнайдер.
Чтобы узнать молекулярные основы этого процесса, ученые измерили колебания уровня концентрации белков, участвующих в программируемой клеточной гибели, и посмотрели, что изменится, если добавить в систему кокаин. Эксперимент четко продемонстрировал, что сильно повышается частота аутофагии в нейронах так же, как в астроцитах и микроглии.
Авторы теории не остановились на изучении механизмов поражения клеток. Они пошли дальше и занялись тестированием потенциального противоядия. Вещество-кандидат не заставило себя ждать. Им стало соединение под кодовым названием CGP3466B, которое разрывает взаимодействие оксида азота (II) и GAPDH. Ранее оно разрабатывалось, как лекарство от бокового амиотрофического склероза и болезни Паркинсона. Несмотря на то, что для лечения названных заболеваний вещество оказалось неэффективным, его разработка дошла до второй стадии клинических исследований. Этот факт говорит о том, что оно не имеет отрицательного воздействия на организм человека, а значит, может стать хорошим вариантом терапии для противодействия кокаину, на что очень надеются участники научного коллектива Университета Джона Хопкинса. Кроме этого, открытый механизм того, как кокаин убивает мозг, может стать хорошей «картинкой» для антинаркотической пропаганды.
Текст: Алексей Паевский
Cocaine elicits autophagic cytotoxicity via a nitric oxide-GAPDH signaling cascade
Prasun Guha, Maged M. Harraz and Solomon H. SnyderPNAS 2016 February, 113 (5) 1417-1422. https://doi.org/10.1073/pnas.1524860113