У некоторых пожилых людей память и другие функции мозга могут страдать независимо от наличия нейродегенеративных заболеваний, другие сохраняют «молодые» когнитивные способности до глубокой старости. Чем эти счастливчики отличаются от остальных? В поисках ответа на этот вопрос ученые изучили большой пул белков мозга старых крыс
Основной причиной возрастзависимого слабоумия на сегодня признана болезнь Альцгеймера. Развитие этой патологии десятилетиями связывали с появлением и накоплением в ткани мозга патологических белковых отложений – амилоидных бляшек, а также нейрофибриллярных клубков, образованных тау-белком. При этом все попытки лечения болезни Альцгеймера, направленные на борьбу с амилоидными отложениями, имели ограниченный успех. Одна из гипотез относительно этой парадоксальной ситуации была проста и, по сути, логична: не ищем ли мы «под фонарем»?
Как известно, молекулы белков, состоящие из цепочек аминокислот, имеют пространственную структуру. И для выполнения своих функций они должны быть «свернуты» правильно. Процесс сворачивания белка в специфическую функциональную трехмерную структуру называют фолдингом.
Фолдинг белка начинается еще на рибосомах – внутриклеточных структурах, где происходит синтез белковой цепи, а затем продолжается в других клеточных органеллах. Нарушения в протеостазе – процессе поддержания равновесия в системе синтеза, фолдинга, транспорта, активности и деградации белков – могут приводить к различным заболеваниям, включая нейродегенеративные.
Амилоидные белки, составляющие бляшки, – продукт неправильного фолдинга, они имеют характерные стабильные структуры, их легко обнаружить. Однако лишь относительно небольшое число белков неправильно сворачиваются или агрегируют таким явным образом. Другие белки могут быть неправильно свернутыми и, соответственно, плохо функционировать, но при этом оставаться в растворимой форме. И вот такие белки обнаружить сложно.
Исследования показывают, что протеостаз нарушается с возрастом. Так, известно, что у крыс и червей-нематод при старении некоторые белки принимают неправильную трехмерную форму и при этом остаются растворимыми. Можно предположить, что у пожилых людей не только амилоиды, но и другие белки претерпевают аналогичные патологические структурные изменения – мы просто этого не видим.
Ученые из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе (США) использовали масс-спектрометрию ограниченного (структурно-зависимого) протеолиза белков (LiP-MS) для изучения конформационных изменений белков в крысиной модели когнитивного старения. Метод позволяет выявлять тонкие структурные изменения белков, находящихся в сложной смеси. Объектами исследования были 17 старых двухлетних и 3 молодых крысы (контроль) линии Long-Evans, полученной путем скрещивания крыс линии Wistar с дикими пасюками.
Как известно, индивидуальная изменчивость когнитивного старения свойственна не только людям, но и животным. И хотя все шестимесячные крысы обычно обладают хорошей пространственной памятью, старые животные могут значительно различаться по эффективности выполнения задач. В этом исследование семь старых животных плохо справились с тестами на память («когнитивный дефицит»), зато остальные десять справились с ними так же хорошо, как и молодые.
Ученые исследовали 2756 белков из области CA1, расположенной в гиппокампе крыс – отделе мозга, тесно связанном с пространственным обучением и памятью у этих животных. CA1 играет важную роль в консолидации памяти, в пространственной навигации и распознавании объектов.
Чтобы оценить проблемы, связанные с протеостазом этих белков у животных с разной когнитивной функцией, белки сначала подвергали химической денатурации, временно разрушающей их трехмерную структуру, а затем быстро убирали денатурирующий агент. Это делалось для того, чтобы понять, может ли белок снова принять функциональную форму, т.е. способен ли он к рефолдингу. В результате у крыс с когнитивным дефицитом было обнаружено 215 белков, неспособных к спонтанному рефолдингу после денатурации.
Конечно, экспериментальные условия не имитируют нормальный физиологический стресс – они не похожи на медленно прогрессирующие изменения при старении. Однако ученые утверждают, что способность к рефолдингу достаточно хорошо отражает возможности белка спонтанно возвращаться к своей «рабочей» структуре в более физиологичных условиях. Белки, способные на это, могут быть более устойчивыми к возрастным изменениям, тогда как другие – необратимо меняться под действием различных стрессоров.
Ученые назвали таких «невозвращенцев» белками с когнитивно-ассоциированными структурными изменениями (CASC). Функции некоторых из них известны: они относятся к процессам памяти, работы синапсов (зон контактов между нейронами) и др., остальные еще не изучены. Кстати, неизвестно и то, как CASC избегают контроля «службы безопасности» клетки, которая выявляет и уничтожает неправильно свернутые белки.
Строго говоря, пока не доказано, что изменения в таких белках служат причиной снижения когнитивных функций. Но если дальнейшие исследования подтвердят предположения исследователей, белки CASC могут стать новыми терапевтическими мишенями или, по крайней мере, ранними биомаркерами развития деменции.
Фото: https://commons.wikimedia.org
Публикации на тему:
Рибосома – минифабрика по производству белков