Выключение трех ферментов спасло нейроны от смерти

Подавление активности ферментов подсемейства GCK-IV препятствует клеточной смерти, а также способствует восстановлению отростков нейронов — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Биологи также нашли связь между активностью этих ферментов и сигнальным путем, который вызывает клеточную гибель. Такой подход может помочь в поисках эффективной терапии нейродегенеративных заболеваний.

Повреждение длинных отростков нейронов (аксонов) и вызванная этим клеточная смерть связаны со многими нейродегенеративными заболеваниями, в том числе с болезнью Альцгеймера и глаукомой. Ключевую роль в гибели нейронов при этих недугах выполняет клеточный ответ на повреждения — сигнальный путь двойной лейциновой застежки. При повреждениях отростков нейронов активируется киназа двойной лейциновой застежки (DLK), модифицирует саму застежку и запускает каскад реакций других ферментов. При этом в периферической нервной системе это часто вызывает восстановление отростков нейронов, а вот в центральной — ведет к гибели клеток, из-за чего и развивается болезнь.

Из-за участия этого сигнального пути сразу в двух процессах: гибели клеток в мозге и регенерации их отростков в периферии, подавление DLK в качестве терапии работает плохо. Клетки мозга действительно перестают умирать, однако аксоны не могут восстанавливаться в других частях нервной системы, поэтому до сих пор эффективного подхода к терапии нейродегенеративных заболеваний через подавление работы ферментов клеточной гибели не было.

Исследователи под руководством Амита Пателя (Amit K. Patel) из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашли способ спасти нейроны от смерти, не теряя их способности к восстановлению аксонов. Они выявили малые молекулы в нейронах, которые способствовали и выживанию клеток, и росту аксонов. Для этого авторы провели две серии экспериментов, в которых смоделировали повреждение аксонов и клеточную смерть в лабораторных культурах нейронов сетчатки. После чего биологи определили ферменты, которые были наиболее активны в клетках с успешной выживаемостью и восстановлением отростков. В обеих группах ими оказались три киназы: MINK1, MAP4K4 и TNIK, которые объединены в подсемейство GCK-IV.

После этого ученые проверили способность клеток выживать без всех трех киназ: они нарушили их гены у мышей при помощи геномного редактирования, после чего обработали клетки разными ядами и измерили количество белка-маркера выживаемости в нервных клетках сетчатки. Оказалось, что количество маркера после повреждения оптического нерва и, как следствие, выживаемость клеток значительно возросли у мышей без киназ (p < 0,05), что сравнимо с эффектом от выключения DLK. А вот удаление ферментов по одиночке такого результата не показало.

Тогда исследователи проверили влияние выключения киназ GCK-IV на регенерацию аксонов и повредили мышам с нарушенными генами GCK-IV оптический нерв. Само по себе нарушение генов не показало значительного влияния не восстановление отростков. При этом известно, что этому способствует подавление другого гена — PTEN. Биологи предположили, что двойное выключение PTEN и GCK-IV может также иметь эффект. Так и произошло: регенерация аксонов у мышей с таким генотипом была лучше, чем при одиночных подавлениях PTEN, GCK-IV и тем более DLK (p < 0,05). Также подавление трех киназ немного помогло отросткам нейронов меньше дегенерировать (p < 0,05).

Ученые попытались выяснить, есть ли взаимосвязь между механизмами действия GCK-IV и DLK, которая запускает клеточную гибель. Они предположили, что GCK-IV могут подавлять сигнальный путь DLK и таким образом препятствовать клеточной гибели. Исследователи снова выключили GCK-IV и измерили уровень активности сигнального пути DLK. Тройная делеция действительно понизила уровень его активации (p < 0,05), однако он оставался значительно выше, чем при делеции самой DLK. При этом попарные делеции показали, что из трех киназ необходимым для снижения уровня активации является выключение только одной из киназы — TNIK.

Так исследователи обнаружили новый путь для восстановления жизнеспособности нейронов и даже улучшения регенерации их аксонов через делеции генов GCK-IV. Пока не до конца понятно, как они влияют на функционирование сигнального пути DLK, который вызывает гибель, однако сам по себе способ перспективен для дальнейших поисков эффективной терапии нейродегенеративных заболеваний.

Восстановление аксонов — это сложный процесс, в котором нейронам часто необходима помощь других клеток. Недавно мы писали о новом типе нейтрофилов в мозге, которые способны восстанавливать отростки нейронов, выбрасывая белки-факторы роста.

Анна Муравьева