Альцгеймер под лазером

Ученые пытаются понять, почему хитросплетение нейронов иногда подвергается разрушению нейротоксичными бляшками.
Источник: maxon.net

Даже люди мало посвященные в тонкости современных микробиологических исследований понимают, что изменения нервной ткани при нейродегенеративных заболеваниях – таких как болезни Паркинсона и Альцгеймера, хорея Гентингтона и, например, мышечная дистрофия Дюшена – изучаются под микроскопом. При болезни Альцгеймера, самой известной жертвой которой был бывший президент США Рональд Рейган, в мозге больных образуются бляшки, имеющие нейротоксические свойства. Их образование приводит к гибели нервных клеток, чем и обусловлено развитие «пресенильной деменции», или предстарческого маразма (так болезнь назвал сам Альцгеймер).

Бляшки возникают в результате выпадения мутантного белка «амилоида». Их слоистое строение напомнило Рудольфу Вирхову, знаменитому немецкому патологу XIX века, зерна крахмала (по латыни аmylum). Амилоид – это «осколок» протеина-предшественника, или прекурсора, мутация гена которого приводит к болезни. Белок получил сокращенное название АРР – Amyloid Precursor Protein. Ген его давно выделен, что позволило создать мышиную модель болезни Альцгеймера.

Вообще на сегодня выделено около двух десятков генов, мутации которых могут приводить к развитию болезни Альцгеймера.

Целый век ученые полагали, что накопление бляшек в мозгу пациента происходит на протяжении всей жизни человека, и болезнь есть следствие их «кумулятивного» действия. С этим, как выяснилось, не согласны сотрудники Лаборатории изучения болезни Альцгеймера Массачусетского генерального госпиталя в Бостоне. В своем подходе они объединили все достижения современной науки – трансгенную модель болезни у мышей, флюоресцирующие белки, а также совершенно новый мультифотонный лазерный метод исследования живой нервной ткани.

Перенос гена мутантного АРР в эмбриональные стволовые клетки приводит к появлению бляшек в мозге 5–6-месячных трансгенных животных, что соответствует окончанию первой четверти жизни мышей. Вместе с геном АРР мышам вносили также ген желтого флюоресцирующего протеина (YFP). Белок является модификацией знаменитого зеленого флюоресцирующего (GFP), ген которого был около 20 лет тому назад выделен у океанической медузы, светящейся во тьме. Примерно с десяток лет назад с помощью направленного мутагенеза удалось получить «усиленный» GFP, или еnhаnced (eGFP), который светится в 100 раз интенсивнее, нежели исходный природный протеин. При лазерном освещении клеток со светящимся белком медузы молекулы его возбуждаются и начинают испускать фотоны зеленого или желтого свечения. Благодаря этому исследователи получили возможность увидеть живые, а не мертвые клетки!

Отсюда понятно, что «мультифотонный» означает испускание фотонов, то есть квантов световой энергии с разной длиной волны. Тела нейронов и их отростков светились желтым цветом. «Вспомогательные» клетки микроглии – зеленым, а кровеносные сосуды, заполняемые красным раствором, – рубиновым или кумачовым. Отложения амилоида красили с помощью специального вещества, что позволяло увидеть динамику возникновения бляшек в режиме реального времени. Не нанося физического повреждения, луч лазера проникал на глубину как минимум трех слоев коры. «Совмещение» нескольких изображений позволяло получить трехмерную – 3D – картину возникновения бляшки.

Неожиданность открытия состояла в том, что бляшки возникают очень быстро – в течение каких-то 24 часов: вчера ее не было, а сегодня вот она! При изучении 1285 «картинок» ученым удалось зафиксировать рождение 14 бляшек, появлявшихся у стенок сосудов. За все время наблюдений у 14 мышей было обнаружено в общей сложности всего лишь 26 бляшек.

Отложение бляшек приводит к изменениям строения нервных отростков. Уже на вторые сутки в до этого гладких отростках возникает патологическая извитость – совсем как при болезни Альцгеймера у человека. Через неделю после образования бляшек отростки нейронов претерпевают дистрофию и погибают. Картина, кстати, очень похожа на ту, что исследователи видят у людей, оказавшихся в зависимости от «клубных наркотиков», в частности знаменитого экстази, относящегося к группе метамфетаминов.

Сначала бляшки имеют рыхлое строение, однако через неделю обретают весьма плотную сердцевину. Бляшки и дистрофия наносят «удар» прежде всего по синапсам, то есть местам соединения нервных клеток. Прекращение передачи информации с помощью синапсов приводит к когнитивным нарушениям, то есть расстройству мышления и памяти, которые характерны для людей, страдающих болезнью Альцгеймера.