Новая культура человеческих нейронов поможет взять болезнь Альцгеймера под контроль

Значительная часть всех нейродегенеративных заболеваний связана с нарушением «нормальной работы» тау-белка (MAPT) — ключевого элемента цитоскелета нейронов. Такие заболевания называются таупатиями. Среди них — болезни Альцгеймера и Пика, прогрессирующий надъядерный парез взора, кортикобазальная дегенерация.

По ряду причин, чаще всего с возрастом, в клетках происходят чрезмерное фосфорилирование тау-белка и его изоформ. В результате MAPT формирует не микротрубочки цитоскелета, а нейрофибриллярные клубки. Эти структуры постепенно нарушают нормальную жизнедеятельность нейронов и наряду с прочими патологическими изменениями, которые зависят от конкретного заболевания, приводят к системной утрате функций нервной системы.

Серьезное препятствие для исследования этих процессов — их медлительность. В модельных организмах и культурах человеческих клеток формирование характерной картины нейродегенеративного заболевания занимает многие месяцы. С мышами такой срок еще можно принять: как-никак, ученые давно привыкли содержать целые выводки подопытных животных в разной степени готовности к экспериментам. Да, это недешево и хлопотно, к тому же результаты не всегда переносятся на людей. Но технология отработана и обладает хорошей результативностью.

А вот клеточную культуру выращивать, контролировать и поддерживать в строго определенных условиях так же долго — целый проект немалой сложности. Особенно когда речь идет о дорогих культурах человеческих стволовых клеток. Зато результаты гораздо ценнее с точки зрения медицины. В общем, идеального решения нет, все они проблемные.

Есть еще одно ограничение: человеческие плюрипотентные стволовые клетки (hiPSC), специализированные в нейроны, производят очень мало 4R-изоформ тау-белка. А для изучения многих тонкостей патологических процессов, связанных с нейродегенеративными заболеваниями они особенно важны. Проще говоря, чтобы найти наиболее действенные методы сдерживания таупатий, нужно культивировать клетки не месяцы, а годы или даже десятилетия — иначе достаточное количество 4R-изоформ в нейронах попросту не накопится. Естественно, такой подход неоправданно сложен и дорог.

Графическое представление научной работы американских медиков и микробиологов. На первом этапе они создали культуру генно-модифицированных нейронов, которые производят много тау-белка. Затем эту культуру проверили на способность моделировать клетки больных таупатиями. Когда и этот этап оказался успешным, ученые провели скрининг факторов, влияющих на производство тау-белка в клетках. Наконец, один из таких факторов — каскад реакций, связанный с белком UFM1, — проверили в эксперименте на новой клеточной культуре и на мышах / © Celeste Parra Bravo, Alice Maria Giani et al., Cell

На помощь должна прийти новая клеточная культура, несущая мутацию P301S в гене, отвечающем за выработку тау-белка. Это генетически модифицированные плюрипотентные стволовые клетки человека, специализированные в нейроны, которые вырабатывают повышенное количество MAPT. Они способны накопить необходимые объемы разных изоформ этого белка, включая 4R, за считанные недели.

Чтобы дополнительно улучшить результат, американские исследователи, используя CRISPR-интерференцию (селективное «выключение» генов), провели скрининг тысячи генов и оценили их влияние на производство тау-белка. Всего ученым удалось выделить 500 генов, вносящих вклад в этот процесс.

Одно из перспективных открытий, сделанных в описываемой научной публикации, — роль белка UFM1, а точнее — каскада его взаимодействий с другими молекулами в нейронах. Ранее в мозге погибших пациентов с болезнью Альцгеймера обнаруживались нарушения «работы» UFM1, однако подробнее процесс не изучался. Теперь же ученые наглядно увидели: чтобы затормозить распространение тау-белков по клетке, достаточно заблокировать энзим, необходимый для функционирования UFM1-каскада.

Новую клеточную культуру разработали специалисты из Медицинского колледжа Вейля Корнеллского университета (Weill Cornell Medicine) при участии коллег из ведущих научно-исследовательских и медицинских учреждений США и Канады. Научная работа с описанием методики создания новой клеточной культуры человеческих нейронов и результатами экспериментов по тестированию целей для терапии нейродегенеративных заболеваний опубликована в рецензируемом журнале Cell.