Ученые определили механизм разрушения клеток мозга при болезни Паркинсона

Шведские ученые разработали новый метод визуализации клеточных процессов и с его помощью увидели, как белок альфа-синуклеина, называемый еще «белком Паркинсона», разрушает клеточные мембраны, что в конечном итоге приводит к гибели клеток мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Болезнь Паркинсона — неизлечимое состояние, при котором нейроны — нервные клетки — постепенно разрушаются, и функции мозга нарушаются.

У пациентов с болезнью Паркинсона в мозге присутствуют скопления альфа-синуклеина — «белка Паркинсона». Ученые предполагали, что амилоиды альфа-синуклеина повреждают митохондрии — энергетические станции клеток мозга, но механизм этого повреждения был неизвестен.

Амилоиды представляют собой скопления белков, собранных в длинные волокна с хорошо упорядоченной структурой. Их образование лежит в основе многих нейродегенеративных нарушений, в частности они могут разрушать митохондриальные мембраны.

Разобраться в молекулярном механизме дегенерации нейронов биологам из Технологического университета Чалмерса в Швеции помог новый метод, который позволяет изучать крошечные количества биологических молекул без использования флуоресцентных маркеров, которые часто влияют на наблюдаемые реакции, особенно при работе с небольшими белками, такими как альфа-синуклеин.

Для имитации мембран, обнаруживаемых в клетках, исследователи использовали мембраноподобные липидные капсулы везикул — маленьких внутриклеточных органелл типа пузырьков. Одни из везикул состоят из липидов, которые часто встречаются в синаптических пузырьках, другие содержат липиды, связанные с мембранами митохондрий.

Биологи выяснили, что решающим фактором является состав липидных мембран — белок Паркинсона связывался с обоими типами пузырьков, но вызывал структурные изменения только в митохондриально-подобных: они асимметрично деформировались и из них вытекало содержимое.

«Мы разработали достаточно чувствительный метод, который позволяет наблюдать, как альфа-синуклеин взаимодействует с отдельными модельными везикулами. В нашем исследовании мы наблюдали, что альфа-синуклеин связывается и разрушает митохондриально-подобные мембраны, но не затрагивает мембраны синаптически-подобных везикул, — приводятся в пресс-релизе университета слова одного из авторов исследования Перниллы Виттунг-Стафшеде (Pernilla Wittung-Stafshede), профессора химической биологии. — Химические различия между двумя используемыми липидами очень малы, но все же мы наблюдали, что альфа-синуклеин воздействовал на разные везикулы по-разному».

Разработанный авторами метод позволил наблюдать процесс повреждения, происходящий при очень низких, наномолярных концентрациях альфа-синуклеин, при которых вещество присутствует только в виде мономеров — неагрегированных белков.

«Такую низкую концентрацию белка было трудно изучить раньше, — продолжает Виттунг-Стафшеде. — Реакции, которые мы обнаружили, могут внести решающий вклад в борьбу с болезнью».

На следующем этапе исследователи планируют изучить мутации альфа-синуклеина, связанные с болезнью Паркинсона и выяснить детали липидных везикул, которые больше похожи на клеточные мембраны.

«Мы также хотим провести количественный анализ, чтобы понять на механистическом уровне, как отдельные белки, собирающиеся на поверхности мембраны, могут нанести ущерб», — говорит еще один автор исследования, профессор кафедры физики Фредрик Хёк (Fredrik Höök).

Ученые считают, что химический состав липидов — не единственный определяющий фактор. По их мнению, должны также существовать макроскопическое различия между двумя типами мембран.