Дофаминовые нейроны из астроцитов
Репрограммирование клеток в мозге живой мыши сняло симптомы болезни Паркинсона
Полина Лосева, N+1
Американские и китайские ученые предложили еще один способ восстанавливать повреждения при болезни Паркинсона: превращать астроциты в нейроны путем репрограммирования in vivo, то есть в живом мозге. Они обнаружили, что для этого достаточно заблокировать производство одного-единственного белка. При этом им удалось восполнить число нейронов в мозге мышей настолько, что у животных исчезли симптомы двигательных расстройств, связанных с дегенерацией. Работа опубликована в журнале Nature (Qian et al., Reversing a model of Parkinson’s disease with in situ converted nigral neurons).
Для болезни Паркинсона до сих пор нет хорошего лекарства, которое бы останавливало нейродегенерацию, а не просто компенсировало симптомы болезни. Один из способов решить эту проблему – научиться поставлять в мозг новые нейроны. Но поскольку нервных стволовых клеток у человека мало и извлечь их непросто, то ученые ищут способы превратить в них клетки каких-нибудь других типов.
В 2017 году мы писали о том, как с помощью четырех веществ – трех факторов транскрипции и одной микроРНК – шведские ученые научились превращать астроциты (вспомогательные клетки нервной ткани) в настоящие нейроны. Теперь Хао Цянь (Hao Qian) из Калифорнийского университета вместе с коллегами из Китая и США продвинулись еще дальше: они решили репрограммировать клетки внутри мозга живой мыши (подобно тому, как недавно селезенку мыши превратили в печень).
В качестве сырья для будущих нейронов Цянь и коллеги, как и их предшественники, выбрали астроциты – потому что в мозге их довольно много, они активно делятся, и их относительно легко превратить в другой тип клеток. В качестве средства для репрограммирования ученые выбрали РНК-связывающий белок PTB1. Известно, что снижение его экспрессии вызывает экспрессию его нейронального варианта nPTB1, а тот, в свою очередь, подавляет работу генов, отвечающих за созревание нейронов.
После того как в мышиных и человеческих астроцитах подавили экспрессию PTB1, за месяц 50-80 процентов клеток в культуре стали выглядеть как нейроны. В репрограммированных клетках также удалось обнаружить экспрессию характерных для нейронов белов и зарегистрировать потенциалы действия – главный признак функциональной пригодности нейронов.
Убедившись в том, что метод работает in vitro, исследователи перешли к экспериментам in vivo. Они работали с трансгенными мышами, которые экспрессируют cre-рекомбиназу в астроцитах. Это позволяет нацелить вирус, несущий в себе блокатор PTB1, непосредственно на астроциты. Чтобы убедиться в том, что вирус достигает цели, в него встроили ген красного флуоресцентного белка. Оказалось, что после того, как вирус ввели мышам в черную субстанцию мозга – одну из главных мишеней болезни Паркинсона – в ней действительно появились светящиеся красным клетки, по форме похожие на астроциты. Через три недели на 20 процентах этих клеток появились маркеры нейронов, а через десять недель 80 процентов светящихся клеток стали нейронами.
После этого авторы работы повторили свои эксперименты с другими зонами головного мозга – корой больших полушарий и полосатым телом. Они заметили, что эффективность репрограммирования астроцитов в разных регионах мозга примерно одинаковая. Зато разным оказался результат: новообретенные нейроны экспрессировали разные маркеры в зависимости от того, где они появились. Вероятно, это связано с тем, что астроциты в разных зонах мозга изначально различались экспрессией генов, но может быть и следствием различий в микроокружении. Тем не менее, новые нейроны встроились в существующие структуры мозга. Чтобы это проверить, ученые ввели светящиеся гранулы в полосатое тело, а через день обнаружили их в черной субстанции – следовательно, нейроны проросли из одной структуры в другую и смогли захватить гранулы в одной части мозга и пронести в другую.
Наконец, исследователи попробовали применить репрограммирование для борьбы с болезнью Паркинсона. Ее симптомы вызывают у мышей с помощью токсичного аналога дофамина, который вызывает гибель дофаминергических нейронов. За месяц после инъекции токсина число нейронов в полосатом теле снизилось на 90 процентов: от почти трех тысяч до примерно 266, по подсчетам автором работы. Затем мышам в мозг ввели репрограммирующий вирус, и через 10-12 недель он помог восстановить более 600 клеток. Таким образом, на выходе у животных осталось около 30 процентов от изначального числа дофаминергических нейронов.
Репрограммированные астроциты оказались активными производителями дофамина: если после инъекции токсина его концентрация снизилась примерно до четверти от нормы, то после терапии снова поднялась до 65 процентов. Кроме того, репрограммирование позволило восстановить двигательные функции. В этой модели болезни Паркинсона мышам вводили токсин только в одну из половин полосатого тела, и дегенерация нейронов оказывалась односторонней: после этого животные предпочитали использовать конечности только с одной стороны для ощупывания предметов. Однако после терапии эта избирательность исчезла, и животные равномерно двигали всеми конечностями.
Мозг мыши с «односторонней болезнью Паркинсона» до (сверху) и после (снизу) репрограммирования. Зеленым светятся дофаминергические нейроны. UC San Diego Health Sciences.
Авторы работы отмечают, что от применения на людях их методику отделяет несколько важных нерешенных проблем. Например, предстоит решить, как быть с другими клетками, которые случайно окажутся репрограммированными, и как ограничить количество восприимчивых к терапии астроцитов, чтобы они не оказались в дефиците. Кроме того, у пожилых людей, которые в основном и страдают от болезни Паркинсона, астроциты хуже делятся и менее пластичны, чем у молодых, поэтому репрограммирование может оказаться менее эффективным.
От редактора
Тем не менее, никто пока не обещает, что такое средство поможет избавиться от болезни насовсем. У мышей можно создать лишь аналог болезни Паркинсона: нейродегенерация не прогрессирует, потому что клетки гибнут однократно. Так что неизвестно, сможет ли репрограммирование остановить развитие болезни Паркинсона у людей, или его нужно будет применять как постоянную поддерживающую терапию.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru