50 оттенков Альцгеймера. От астроцитов к нейронам

Сегодняшний выпуск Нейроновостей состоит из двух блоков. В первом рассказывается о белке тау, внутриклеточные скопления которого являются одним из признаков развития у человека болезни Альцгеймера. Во втором — об астроцитах — клетках, помогающих правильной работе нейронов.

50 оттенков Альцгеймера

Индикаторы болезни Альцгеймера, самой распространённой причины слабоумия, — это бета-амилоидные бляшки и внутриклеточные скопления белка тау. Считается, что именно они ответственны за возникающие дефекты в работе мозга. Один из первых этапов развития нейропатологий при Альцгеймере — это неправильная модификация белка тау, а именно добавление остатков фосфорной кислоты (фосфорилирование) в неправильных местах. Такие неправильно модицированные белки «слипаются» друг с другом. А запускают этот каскад событий в белке тау бета-амилоидные бляшки.

Неправильная модификация белка тау абсолютно необходима для развития Альцгеймера — если своевременно убрать белок тау из клеток, то в мозге не будет повреждений, несмотря на наличие бета-амилоидных бляшек. Выходит, что фосфорилирование белка тау — определенно зло и ведёт к проблемам в мозге. Но оказалось, что нет — картинка, как водится в биологии, не черно-белая, а с 50 оттенками серого.

Группа из университета Нового Южного Уэльса обнаружила, что добавление остатка фосфорной кислоты к определенному месту в белке тау тормозит токсичность бета-амилоидных бляшек и останавливает гибель нейронов. Они нашли, какой именно фермент у мышей ответственен за эту модификацию (киназа p38Y). Удаление этого гена у мышей приводила к дефектам мозга, когнитивным проблемам и преждевременной смерти.

С одной стороны, учитывая, сколько исследований фокусируется на признаках болезни Альцгеймера, удивительно обнаружить, что фосфорилирование белка тау — это не всегда плохо для нервной системы. С другой стороны, это открытие согласуется с предыдущими данными (и здравым смыслом) — белок тау участвует не только в развитии болезни Альцгеймера, но и необходим для нормального функционирования клетки.

От астроцитов к нейронам

Астроциты — это самые многочисленные клетки глии («вспомогательной» ткани нервной системы), более того, они занимают половину всего объема мозга. С каждым годом количество функций, приписываемых им, расширяется – они не только служат механической опорой для роста нейронов, но и поддерживают многие аспекты их жизнедеятельности. Более того, добрались до святая святых — появились данные, что астроциты помогают нейронам передавать нервный импульс.

Передача нервного импульса основана на изменении внутри- и внеклеточной концентрации ионов и способности клеток (нейронов) реагировать на эти изменения, то есть быть возбудимыми. Еще в середине 1990-х годах первые эксперименты показали, что астроциты тоже возбудимы — в них увеличивается концентрация внутриклеточного кальция в ответ на возбуждение соседей-нейронов. Но могут ли астроциты не только пассивно реагировать, но и активно участвовать в передаче информации по нейронной цепи?

Исследователи из Университета Массачусетса последовательно отключали в астроцитах дрозофил каждый из 500 мембранных каналов, чувствительных к кальцию. При отключении одного из каналов в астроцитах, Wtrw канала, личинки переставали узнавать определенный запах (они переставали ползти к изоамилацетату). Казалось бы, при чем здесь астроциты, ведь хемотаксис — это работа нейронов?

Дальнейшая комбинация элегантной генетики, микроскопии и электрофизиологических измерений показала следующую картину: один тип нейронов, Tdc2+ нейроны, отдает «пас» астроцитам, через молекулы-нейромедиаторы (тирамин и октопамин). После этого в астроцитах открываются кальциевые каналы — повышается уровень внутриклеточного кальция. Это ведет к тому, что астроциты начинают высвобождать сигнал (АТР), которые заставляет «замолчать» второй тип нейронов, DA нейроны. Их «молчание» необходимо для нормальной реакции на запахи.

Не может не поразить огромное разнообразие механизмов, даже на этом коротком участке передачи и, казалось бы, простой информации. Участвуют два типа нейронов, один тип становится активным, второй, наоборот, замолкает, а между ними возбуждаются вообще астроциты (не нейронные клетки, вспомогательные клетки глии). Более того, в этой странной цепочки из трех клеток участвуют как минимум три разных типа молекул-передатчиков, которые высвобождаются из одной клетки и связываются с рецепторами другой клетки. Определенно, изучая такие сложные «инженерные» конструкции поневоле начинаешь задумываться и восхищаться тем, как смогла эволюция достичь такой элегантности.

Оригинал текста на портале «Нейроновости»

Даша Овсянникова, научный обозреватель портала «Нейроновости»