Нейродегенеративные заболевания являются одними из самых сложных заболеваний человека, а их точные причины и механизмы являются предметом постоянных исследований и дискуссий. Что касается болезни Хантингтона, то постоянное накопление данных за последние 30 лет привело к созданию модели молекулярных событий, которая объясняет несколько ключевых особенностей заболевания, в том числе почему у некоторых людей оно начинается раньше и почему оно вызывает такие симптомы, как непроизвольные движения и перепады настроения.
Но две новые дополнительные статьи из Университета Рокфеллера предполагают, что это, возможно, не вся история.
Болезнь Хантингтона вызвана соматической экспансией CAG, при которой количество триплетных повторов оснований ДНК в мутировавшем гене Хантингтина (mHTT) увеличивается на протяжении всей жизни, что приводит к гибели клеток . Как описано в журналах Nature Genetics и Neuron , ученые Рокфеллера использовали специальную технику, чтобы выявить, что эти генетические повторы нестабильны и, вероятно, производят более токсичные белки только в избранных типах клеток мозга . Более того, некоторые клетки, которые они изучали, оказались удивительно устойчивыми к экспансии CAG-повторов.
Полученные результаты не только проливают свет на клеточные нюансы до сих пор загадочного состояния, но и обеспечивают потенциальные цели для терапевтических вмешательств в будущем.
«Чего мы не ожидали, так это увидеть, что клетки, несущие длинные повторы CAG, могут выжить», — говорит Натаниэль Хайнц, руководитель Лаборатории молекулярной биологии Рокфеллера. «Это очень удивительно. Если расширения недостаточно для смерти, что еще нужно?»
Проблемное трио
При mHTT повторяющиеся основания ДНК — цитозин, аденин и гуанин — образуют длинные и нестабильные участки, что приводит к образованию мутантных белков, вызывающих повреждение некоторых нервных клеток.
Количество повторов CAG тесно связано с риском заболевания: у людей с более чем 40 повторами неизбежно развивается болезнь Хантингтона, обычно в возрасте от 30 до 50 лет. Чем длиннее сегменты CAG, тем раньше появляются симптомы. По мере того, как нейродегенерация нарастает, болезнь становится фатальной, поскольку нам не хватает методов лечения, которые замедляют или предотвращают соматическую экспансию и накопление мутантного хантингтина.
Молекулярные процессы, лежащие в основе экспансии CAG и гибели клеток, еще не изучены. На протяжении десятилетий лаборатория Хайнца собирала глубокие транскрипционные и эпигенетические данные с высоким разрешением о мозге млекопитающих, что, среди прочего, привело к открытию интересных новых модификаций нейронального генома, которые могут играть решающую роль в старении мозга и дегенерация. Совсем недавно команда решила применить аналогичные подходы к изучению Хантингтона.
«Получение высококачественных данных из посмертных образцов на ранних стадиях заболевания может дать нам представление о том, что предрасполагает определенные типы клеток к гибели», — говорит Хайнц.
Новые методы
Для этого Керт Мятлик, научный сотрудник лаборатории Хайнца и первый автор статьи в журнале Nature Genetics , адаптировал метод клеточного анализа под названием FANS (активируемая флуоресценцией ядерная сортировка) для молекулярного профилирования специфических клеток в стриатуме, области глубоких слоев кожи. мозг связан с двигательным контролем и когнитивными способностями, на которые сильно влияют болезни Хантингтона и Паркинсона.
Анализируя клетки полосатого тела людей, умерших от синдрома Хантингтона и пожертвовавших свой мозг науке, Мятлик обнаружил, что повторяющиеся сегменты особенно нестабильны в нейронах среднего шипастого тела (MSN), наиболее распространенных нейронах полосатого тела. Также известно, что эти клетки теряются в полосатом теле при прогрессировании болезни Хантингтона.
Мятлик заметил, что уровни двух белков репарации ДНК MSH2 и MSH3, образующих комплекс MutSβ, особенно высоки в MSN. В делящихся клетках задача этих белков состоит в том, чтобы инициировать восстановление несовпадающих нитей ДНК, тем самым стабилизируя геном, предотвращая мутации, которые в противном случае могли бы привести к раку.
Тем не менее, когда дело доходит до повторов CAG, эти белки, по-видимому, способствуют экспансии CAG, а не предотвращают ее. «Их повышенный уровень действительно может оказать этим нейронам плохую услугу», — говорит Мятлик.
Хотя устойчивость большинства других типов клеток полосатого тела можно объяснить стабильностью CAG-повторов в них, Мятлик был удивлен, обнаружив, что не все клетки с расширением CAG подвергаются одинаковому воздействию. «Это заставило нас поверить, что, хотя расширение CAG является ключевым первым шагом в патогенезе болезни Хантингтона, оно не вызывает гибель клеток во всех случаях. Роль играет какой-то другой процесс», — говорит Мятлик.
Новый тип ячеек на карте
Во втором исследовании, опубликованном в журнале Neuron , первый автор Кристина Прессл, преподаватель клинических исследований в Рокфеллеровском университете, разработала метод sFANS (серийная ядерная сортировка, активируемая флуоресценцией) для выделения различных типов клеток в пяти областях коры головного мозга — двигательной, поясной и поясной. , зрительная, островковая и префронтальная кора — в 13 мозгах на ранней стадии БГ.
Кора состоит из шести слоев, каждый из которых пронумерован согласно своей глубине; более высокие числа соответствуют более глубоким слоям. Большинство его клеток представляют собой пирамидальные нейроны, которые используют дендриты для приема синаптических входов и аксоны для отправки потенциалов действия, в основном в другие части мозга. Некоторые из этих передач достигают спинного мозга.
Прессл использовал sFANS и глубокое молекулярное профилирование для идентификации 16 типов клеток. «Мы сразу увидели определенный набор клеток, который был сильно поврежден», — говорит она.
В двигательной области коры пирамидные клетки в пятом и шестом слоях имели чрезвычайно длинные CAG-повторы по сравнению со всеми другими типами корковых клеток. Используя sFANS с последующим секвенированием одноклеточной РНК, исследователи показали, что только клетки слоя 5А с большей вероятностью погибнут.
Благодаря этому открытию «мы добавили еще один тип клеток на карту повышенной уязвимости к болезни Хантингтона», — отмечает Прессл.
Однако, почему клетки 5А оказались наименее устойчивыми, «действительно загадочно», говорит она. Одна из потенциальных причин заключается в том, что они проецируются на полосатое тело, а связь между этими областями, как было показано, нарушается при болезни Хантингтона. «Возможно, уязвимые клетки 5А, обнаруженные в коре головного мозга, связаны с уязвимыми клетками MSN, обнаруженными в полосатом теле», — говорит Прессл. «Когда дело доходит до Хантингтона, вся нейронная сеть в какой-то момент выходит из строя».
Исследование основных тайн
Команда Хайнца будет исследовать эти результаты по нескольким направлениям. Мятлик будет стремиться к более четкому пониманию того, как комплекс MutSβ скорее вредит, чем лечит MSN. «Наши результаты способствовали повышению интереса к этим белкам как к потенциальным мишеням для терапевтического вмешательства при болезни Хантингтона», — отмечает Мятлик.
Прессл будет исследовать кору головного мозга, которая практически не изучена при нейродегенеративных заболеваниях : «Я очень рада применить наши стратегии к множеству корковых областей мозга, страдающих болезнью Альцгеймера», — говорит она.
По мнению Хайнца, фундаментальные вопросы об этой болезни остаются. «Существует ли определенная длина повторов, при которой клетки становятся дисфункциональными?» он спрашивает. «Если клетка имеет повторы, но не умирает, достаточно ли она дисфункциональна, чтобы вызывать симптомы? При какой длине повтора CAG клетки умирают, и различается ли она в зависимости от типа клеток? Нам необходимо понять эти вещи, чтобы разработать новые методы лечения этой разрушительной болезни».
