Исследователи впервые наблюдали ускоренное образование амилоидных белков, связанных с болезнью Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера — наиболее распространенная форма деменции, вызывающая гибель клеток головного мозга, от которой страдают более 55 миллионов человек во всем мире. Накопление амилоидных бляшек в головном мозге играет ключевую роль в развитии заболевания, но точные механизмы формирования этих структур остаются загадкой.

По данным Всемирной организации здравоохранения, число людей, страдающих болезнью Альцгеймера во всем мире, увеличится до 78 миллионов к 2030 году и 139 миллионов к 2050 году. Эти неутешительные данные являются еще одной причиной для поиска новых методов диагностики и лечения этого нейродегенеративного заболевания.

На этом пути международная исследовательская группа из Университета Лимерика (Ирландия) и лабораторий EMPA (Швейцария) достигла большого успеха, сумев визуализировать наличие амилоидных фибрилл (структур мозга, образованных амилоидными фибриллами, наблюдаемыми на поверхности) олигомеры (растворимые белки, высокотоксичные для нейронов и собирающиеся в плотные волокна, устойчивые к деградации), а внутри них были обнаружены особые изоформы сверхраспространяющихся белков. Результаты были опубликованы в журнале Science Advances.

Напомним, что болезнь Альцгеймера характеризуется прогрессирующим повреждением головного мозга, приводящим к нарушениям памяти, когнитивных функций и двигательных функций вследствие воспаления, гибели тканей и накопления амилоидных бляшек. Хотя причина этого нейродегенеративного заболевания неизвестна, ранее ученые установили, что люди, привитые от гриппа, столбняка, полиомиелита и бешенства, в несколько раз реже заболевают этими заболеваниями.

Бета-амилоид (Aβ-42) представляет собой неправильно свернутый белок, который может образовывать новые олигомеры на поверхности существующих фибрилл посредством вторичного процесса нуклеации (когда зрелые фибриллы катализируют образование новых олигомеров). Впервые команда использовала атомно-силовую микроскопию (АСМ), чтобы наблюдать весь процесс от начала до конца в режиме реального времени в течение 250 часов.

Эти белки остаются в неизмененном виде в солевом растворе (который очень близок к их естественной среде обитания в организме человека). Этот метод исключает риск искажения структуры и поведения белка из-за внешнего вмешательства, а новый метод визуализации позволяет впервые получать изображения фибрилл при комнатной температуре с разрешением менее 10 нанометров. Раньше традиционные аналитические методы могли изменять морфологию белков и места адсорбции.

Для лучшего понимания механизма взаимодействия олигомеров и фибрилл полученные данные экспериментальных наблюдений были дополнены методами молекулярного моделирования. Результаты выявили белок-суперраспространитель, необычно высокая каталитическая активность которого действует как привлекательный центр для новых олигомеров с образованием вторичных фибрилл. Это означает, что суперраспространители ответственны за ускоренное распространение токсичных растворимых белков в тканях мозга.  

«Мы приблизились к пониманию того, как эти белки распределяются в мозгу людей с болезнью Альцгеймера. Эти результаты могут привести к разработке новых методов диагностики заболевания и пониманию точных механизмов образования токсичных для нейронов олигомеров» будет способствовать разработке эффективных стратегий лечения» EMPA Laboratories.

Таким образом, открытие суперраспространяющихся белков (и роли, которую они играют в развитии заболеваний) с использованием новых методов визуализации имеет глубокие последствия для диагностики и лечения неизлечимых в настоящее время нейродегенеративных заболеваний.