Мышиный Альцгеймер под микроскопом: день за днем
Алексей Левин, «Элементы»
Гарвардские исследователи опубликовали результаты экспериментов, которые вносят важный вклад в многолетние дискуссии о механизме возникновения болезни Альцгеймера.
Эта патология в последние годы приобрела печальную известность в качестве самого устрашающего представителя нейродегенеративных заболеваний (то есть заболеваний, приводящих к гибели тех или иных групп нервных клеток). Болезнь Альцгеймера в основном поражает нейроны височно-теменных отделов коры головного мозга, где расположены центры памяти и интеллекта. Поэтому она неизбежно приводит к прогрессирующей деменции, иначе говоря, слабоумию.
Хотя болезнь Альцгеймера известна более ста лет, причины отмирания нейронов пока находятся под вопросом. При микроскопическом исследовании срезов мозговых тканей жертв этой болезни легко заметить специфические бляшки, окруженные погибшими клетками. Они в основном состоят из нерастворимого волокнистого пептида, известного как бета-амилоид. Эти пептидные цепочки возникают в результате последовательной работы двух ферментов – бета- и гамма-секретазы, которые разрезают на части молекулы сложного гликопротеина APP (amyloid precursor protein, «белковый предшественник амилоида»), входящего в состав клеточных мембран. Хотя APP присутствует во многих тканях, он в основном концентрируется в стыках между нейронами – синапсах.
Многие специалисты считали и считают, что гибель нейронов при болезни Альцгеймера вызвана накоплением бета-амилоидных бляшек, которые действуют в качестве сильных нейротоксинов. У этой модели есть немало подтверждений. Например, строго доказано, что определенные мутации гена, который кодирует белок APP, сильно увеличивают риск развития болезни Альцгеймера. Кроме того, амилоидные белки (а бета-амилоид – лишь их разновидность) вообще подозреваются в связях с целым букетом заболеваний, в частности губчатой энцефалопатией (болезнью Крейтцфельдта–Якоба) и сахарным диабетом второго типа. Так что амилоидная гипотеза вполне правдоподобна.
Однако есть и другие объяснения. В тех же участках мозга, где откладываются бета-амилоидные бляшки и гибнут нейроны, неизменно обнаруживаются скопления очень любопытных обитателей мозга – глиальных макрофагов (их также именуют микроглией). Это один из видов нейроглии – вспомогательных клеток нервной ткани, которые заполняют пространство между нейронами и питающими их капиллярами. Нейроглия выполняет множество разнообразных функций, в том числе и иммунных. Их реализуют как раз глиальные макрофаги. Как и все макрофаги, они обладают способностью к фагоцитозу, поглощению бактерий и других инородных объектов. Поэтому возникло предположение, что нейроны прежде всего атакует именно микроглия, которая затем каким-то образом способствует образованию амилоидных отложений.
Наконец, в самих пораженных нейронах наблюдаются спиралевидные нити аномального тау-белка, в котором также видят возможного виновника болезни Альцгеймера.
Гарвардские нейрологи решили проверить, что именно появляется раньше – бета-амилоиды или микроглия. Они работали с генноинженерными мышами линии APPswe/PS1d9xYFP (известной также как B6C3-YFP). Первые три буквы столь длинного кодированного названия как раз и означают, что организм этих грызунов усиленно вырабатывает аномальную разновидность белкового предшественника амилоида (точнее, это химерический мышино-человеческий белок, что обозначено буквами swe). Этот предшественник амилоида служит сырьем для образования бета-амилоидных бляшек, которые откладываются в мозгу этих грызунов на пятом-шестом месяце жизни. Такие мыши используются в качестве лабораторной биомодели болезни Альцгеймера.
YFP – аббревиатура названия yellow fluorescent protein, желтый фосфоресцирующий белок. Он синтезируется организмом мышей (благодаря специально встроенному гену) и откладывается именно в тех участках головного мозга, которые поражаются при болезни Альцгеймера. Наличие этого белка позволяет наблюдать за тканями мозга живых мышей через специально прорезанные окошки с помощью замечательного оптоэлектронного прибора – мультифотонного лазерного конфокального микроскопа.
Схема образования амилоидной бляшки у 5-6-месячных мышей. Day 1 – день, когда у мыши впервые замечено крохотное внеклеточное отложение амилоида – микробляшка. Затем отложение начинает стремительно расти, изменяются соседние нейроны и дендриты, к растущей бляшке стягиваются астроглия и микроглия. На 3-й день уже заметно повреждение аксона. На 7-й день бляшка достигает зрелости и ее структура стабилизируется. Рис. из статьи Eliezer Masliah. Neuropathology: Alzheimer's in real time // Nature. V. 451. P. 638-639
Профессор биологии Брэдли Хайман (Bradley Hyman) и его коллеги получили весьма любопытные результаты. Они выяснили, что сначала в коре головного мозга образуются именно амилоидные бляшки, причем с очень высокой скоростью. Ранее считалось, что даже у мышей этот процесс растягивается на недели либо месяцы (а у людей, естественно, на годы). Оказалось, что у подопытных мышей бляшки откладываются гораздо быстрее, всего за сутки. Еще через день-два к ним стягивается микроглия, а одной-двумя неделями позже начинается деформация нейронов. Эти процессы хорошо видны на приложенных микрофотографиях.
Это не всё. Гарвардские исследователи выяснили, что амилоидные отложения начинаются с возникновения крошечных зародышей – микробляшек. Хотя их размеры очень малы, они повреждают отростки нервных клеток, аксоны и дендриты, по которым передаются нервные импульсы. Возможно, именно этим объясняется тот печальный факт, что болезнь Альцгеймера повреждает синаптические связи между нейронами.
Так происходит образование амилоидной бляшки (показано белой стрелкой). На 6-й день уже видна дистрофия нейрона (треугольная стрелка). Синий цвет – отложения амилоида, зеленый – нейроны; длина масштабной линейки 20 мкм; снимки сделаны с помощью мультифотонного микроскопа. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Конечно, нейрофизиология мышей отличается от человеческой, так что окончательные выводы делать рано. Тем не менее работа профессора Хаймана и его сотрудников сильно подкрепила гипотезу бета-амилоидной природы болезни Альцгеймера. Их результаты изложены в статье, которая 7 февраля появилась в журнале Nature.
Источник: Bradley T. Hyman et al. Rapid appearance and local toxicity of amyloid-β plaques in a mouse model of Alzheimer's disease // Nature. 2008. V. 451. P. 20–724.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
14.02.2008