Перезагрузка мозга
Найден способ предотвратить развитие болезней Альцгеймера и Паркинсона
Ученый обнаружил биохимическую связь между болезнями Альцгеймера и Паркинсона, что способно помочь найти лечение от них. Автором исследования является Дэвис Джозеф, который работает в лаборатории Массачусетского технологического института (MIT) США. По сути, он обнаружил универсальный механизм развития заболеваний головного мозга, которые чаще всего поражают пожилых людей. Теория ученого может произвести революцию в лечении заболеваний головного мозга.
Фото: Дмитрий Лебедев, Коммерсантъ
Фото: Дмитрий Лебедев, Коммерсантъ
Болезнь пожилых
Болезни Паркинсона и Альцгеймера — это прогрессирующие заболевания головного мозга, вызванные постепенным повреждением клеток. Каждое из этих заболеваний имеет свой набор симптомов, стадий и методов лечения. При болезни Альцгеймера, например, всегда наблюдается деменция. Болезнь Паркинсона — это двигательное расстройство, которое в итоге также может привести к деменции, хотя и не всегда. У человека возможно одновременное наличие обоих заболеваний.
Как правило, эти болезни диагностируют у людей в возрасте от 50 лет. Впрочем, встречаются они и после 30–40 лет. Болезнь Альцгеймера начинается с когнитивных отклонений: белковые бляшки забивают нейроны коры головного мозга и уничтожают их. У пациентов с Паркинсоном погибают нейроны, синтезирующие дофамин, нейромедиатор эмоций и движений. В случае Паркинсона в первую очередь страдает двигательная функция, а нарушения психики присоединяются на поздних стадиях.
Оба заболевания считаются неизлечимыми: доказанных методов предотвращения их прогрессирования не существует. Так, при паркинсонизме затормозить ухудшение состояния на начальном этапе можно с помощью специальных лекарств и правильного питания. При Альцгеймере средств, способных воздействовать напрямую на скорость деградации коры мозга, пока не изобрели, хотя в целом способы задержать регрессию личности и прогрессирование патологии существуют.
К истокам болезней
Американский нейробиолог обнаружил то, что исследователи безуспешно искали более века,— общий механизм, лежащий в основе болезни Альцгеймера, Паркинсона и других серьезных заболеваний головного мозга. Несмотря на то что каждое заболевание имеет свои уникальные черты, ученый разработал единую теорию, показывающую, что их развитие можно проследить вглубь — до общего биологического механизма: регуляции химического процесса под названием «дезаминирование белка 4E-BP2 в аксонах клеток головного мозга».
Открытие было опубликовано 27 апреля в Международном журнале молекулярных наук (IJMS). Это второе открытие ученого за последние пять месяцев. Предыдущим стал фундаментальный нейробиологический механизм дезаминирования белка 4E-BP2, который показал, что аксоны — кабелеобразные структуры клеток мозга — являются ключевым фактором дезаминирования в мозге. Оно также легло в основу нового исследования.
Согласно выводам Дэвиса Джозефа, скорость дезаминирования 4E-BP2 в нейронных проекциях, состоящих в основном из аксонов, контролирует возникновение и прогрессирование нейродегенеративных заболеваний, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, и формирует единую регуляторную систему, которая применяется к четырем различным биохимическим процессам: дезаминированию, контролю трансляции, нейродегенерации и окислительному стрессу.
Дезаминирование — это химическая реакция, в результате которой аспарагины превращаются в аспартаты. Аминокислотные остатки аспарагина превращаются в аминокислотные остатки аспартата или изоаспартата путем удаления амидной группы аспарагина и превращения ее в карбоновую кислоту в результате химической реакции дезаминирования. Эта реакция нарушает функцию белка в головном мозге.
Дезаминирование контролируется последовательностью аминокислотных остатков, окружающих аспарагин или глутамин в пептидной цепи. Остатки аминокислот аспарагина и глутамина присутствуют в различных белках живых организмов, их функция заключается в создании планомерного состаривания определенных белков для оптимизации метаболической активности — химической активности, поддерживающей жизнь,— путем разрушения белков и замены старых белков, которые больше не нужны организму, новыми.
Окислительный стресс — повреждение клеток, вызванное активными формами кислорода. Дезаминирование запускает механизм рециркуляции в ответ на окислительный стресс, особенно в эритроцитах, также известных как красные кровяные тельца. Нейродегенерация, в свою очередь, ведет к разрушению нейронов и потере памяти. Доказано, что потеря памяти вызвана недостатком 4E-BP2, доминирующего в мозге типа белка 4E-BP. Этот белок подавляет синтез белка в мозге.
Единая система
Опираясь на эти данные, автор исследования разработал единую теорию патогенеза нейродегенерации, основанную на дезаминации аксонов. Этот процесс, если он нарушен, приводит к сбоям в работе белков в мозге. У пожилых пациентов скорость дезаминирования становится аномально высокой, что приводит к обширному повреждению клеток. Исследование показывает, что, воздействуя на этот общий механизм и приводя уровень дезаминирования в норму, можно потенциально лечить — или даже излечивать — эти разрушительные заболевания с помощью единой стратегии.
В основе исследования лежит подробный анализ 224 научных публикаций, касающихся дезаминирования, контроля трансляции при инициации синтеза белка, нейродегенерации и окислительного стресса. Были составлены три биохимических схемы: дезаминирования in vivo (в жизни), инициации синтеза белка и контроля трансляции, дезаминирования 4E-BP2 как системы контроля четырех биохимических процессов.
У пожилых пациентов наблюдается снижение активности системы деградации белков. Это приводит к тому, что дезаминирование 4E-BP2 происходит быстрее, чем обычно, в аксонах и синапсах — сегментах нейронов, наиболее уязвимых к нейродегенерации. В результате остается меньше неамидированного 4E-BP2, способного подавлять избыточную выработку патологических предшественников нейродегенеративных заболеваний, а именно тау-белка, Aβ-белка и α-синуклеина, а также вызывает митофагическую дисфункцию и окислительный стресс. Все это приводит к возникновению и прогрессированию нейродегенеративных заболеваний.
Согласно выводам ученого, ингибирование дезаминирования 4E-BP2 может предотвратить агрегацию Aβ и потерю синапсов, образование нейрофибриллярных клубков и, как следствие, потерю памяти при болезни Альцгеймера. При болезни Паркинсона это может стать препятствием для образования телец Леви. Кроме того, можно предотвратить накопление дисфункциональных митохондрий, вызывающее окислительный стресс при болезни Альцгеймера и Паркинсона, раннюю нейродегенерацию в аксонах и синапсах и снижение синаптической передачи, вызывающее активность NF-κB, что приводит к гибели нейронов.
Единая теория патогенеза нейродегенерации, основанная на дезаминации аксонов, открывает путь к контролю возникновения и прогрессирования нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, с помощью специфичной для нейронов регуляторной системы — дезаминации 4E-BP2. Таким образом, контроль дезаминирования 4E-BP2 является важнейшей терапевтической мишенью при нейродегенеративных заболеваниях, особенно при поражении аксонов и синапсов. Впрочем, оговаривается ученый, «конкретное заболевание, которое развивается у пациента, будет зависеть от его генетической предрасположенности и воздействия определенных факторов окружающей среды».
Итоги своей работы Дэвис Джозеф представит на саммите «Устойчивое развитие через науку и технологии 2025» в городе Себу на Филиппинах с 17 по 25 ноября. Саммит посвящен нобелевскому лауреату профессору Аарону Цехановеру. Открытие считается примером устойчивой медицины, поскольку соответствует трем критериям устойчивости: социальное развитие, поскольку оно улучшает качество жизни людей; экономическое развитие, поскольку оно снижает стоимость лекарств от многих заболеваний; защита окружающей среды, поскольку оно сокращает количество ресурсов, необходимых для производства лекарств.