Ученые поняли, почему клетки при болезни Альцгеймера "поедают" сами себя
Международная группа ученых, в которую вошли сотрудники Университета ИТМО, вуза - участника Проекта 5-100, выяснила, почему мутация или отсутствие рецептора TREM2 в иммунных клетках нервной системы повышает риск развития болезни Альцгеймера. Оказалось, что иммунные клетки в этом случае перестают получать питание и начинают "переваривать" самих себя. Свое открытие исследователи описали в журнале Cell.
Иммунные клетки нервной системы называются микроглией. Их главная функция - фагоцитоз, то есть поглощение и уничтожение вредных чужеродных частиц, в том числе умерших нейронов. Микроглия также "поедает" бета-амилоиды. Когда эти белки быстро "удаляются" микроглией, то совершенно безвредны. Однако если этого не происходит, то бета-амилоиды начинают формировать вокруг нейронов уплотнения - бляшки из самих себя. В результате нормальная жизнедеятельность нейрона нарушается, в том числе перестают образовываться синаптические связи между нервными клетками, а сам нейрон погибает. Все это, наряду с другими факторами, приводит к болезни Альцгеймера.
Почему же так происходит? Что случается с микроглией, когда она перестает выполнять свою важную функцию? Международная группа ученых выяснила, что одной из причин может быть отсутствие либо мутация рецептора TREM2 у этих иммунных клеток. В исследовательскую группу вошли сотрудники Университета ИТМО и Университета Вашингтона в Сент-Луисе.
Работа по изучению белка TREM2 уже несколько лет ведется в Университете Вашингтона в Сент-Луисе. Ранее было известно, что рецептор действительно влияет на иммунный ответ нервной системы, то есть на работу микроглии по уничтожению отмерших клеток, бета-амилоидов, поврежденного миелина и других ненужных веществ. Однако не было до конца понятно, как именно это проявляется. Благодаря эксперименту на мышах ученые поняли, что отсутствие или мутации в TREM2 вызывают в микроглии аутофагию. Это значит, что клетки начинают уничтожать самих себя из-за нехватки питательных веществ. Из-за этого клетки микроглии не могут защищать нервную систему от вредных веществ, в том числе бета-амилоидных бляшек, которых с возрастом становится все больше.
Ученые проводили эксперимент с мышами, у которых не было TREM2 и которые генетически были предрасположены формировать бета-амилоидные бляшки в нервной системе. Ученые предположили, что если дать мышам определенную питательную смесь, то способность их микроглии разрушать бета-амилоиды восстановится. Так и произошло. Чтобы проверить открытие, ученые в течение шести месяцев проводили эксперимент уже с двумя группами мышей. Одним давали смесь, а другим нет, при этом у обеих групп не было TREM2. В результате мыши, которые получали дополнительное питание, были меньше подвержены эффектам болезни Альцгеймера.
Смесь, которую использовали ученые, - это циклокреатин, а также креатин - азотосодержащая карбоновая кислота, которая участвует в энергетическом обмене в мышечных и нервных клетках. Креатин можно использовать в качестве пищевой добавки для спортсменов с целью повышения выносливости и роста мышечной массы, однако при этом его прием связывают с вредным воздействием на сердце, почки и обменные процессы. Поэтому авторы исследования, опубликованного в Cell, категорически не рекомендуют применять препараты креатина с целью улучшения здоровья пожилых людей. Сейчас ученые намерены начать поиск безопасных аналогов креатина, чтобы с их помощью поддерживать работу микроглии.
"TREM2 регулирует так называемый сигнальный путь mTOR, который активирует нормальный энергетический метаболизм. Когда TREM2 сломан в макрофагах и микроглии, этот путь подавляется, вызывая метаболические нарушения. Как именно это происходит, еще не понятно. Креатин и циклокреатин могут попадать в клетки и использоваться для генерации аденозинтрифосфата (вещество, которое имеет большое значение в обмене веществ и энергии в организмах) в обход mTOR-пути в мозге. Рецептор и циклокреатин связаны тем, что последний можно применять для питания в обход пути, который подавляется сломанным рецептором", - пояснил один из авторов статьи, руководитель группы по биоинформатике в лаборатории "Компьютерные технологии" Университета ИТМО Алексей Сергушичев.
Исследователи из Университета ИТМО в рамках этой научной работы создали вычислительный метод, упрощающий интерпретацию экспериментальных данных для изучения изменений в метаболизме клеток, который нарушается при сломанном TREM2. Программа обнаруживает связи между изменениями в метаболизме и генах, что позволяет ученым разобраться, как они функционируют.
