Найден потенциальный «главный виновник» возрастной когнитивной дисфункции

21 декабря 2017



Более трех десятилетий нейробиолог из университета Кентукки Филипп Ландфилд был одержим вопросом, почему нарушается электрофизиология гиппокампальных связей у пожилых животных. Это далеко не эзотерическая проблема, учитывая, что электрические импульсы, передаваемые через нейронные соединения, усиливают синапсы с течением времени, формируя физическую основу обучения и памяти, а это означает, что менее эффективные электрические передачи связаны со снижением когнитивной функции.

Гипоталамус крысы

В исследовании, опубликованном 18 декабря 2017 в журнале Neuroscience, Ландфилд говорит, что его команда, по его мнению, сейчас близка к тому, чтобы понять суть явления, которое привлекло его внимание еще в конце 1970-х годов. Ответ на данный вопрос, согласно новому исследованию, кроется в семействе генов, известных как FKBP, и в регуляции ими выделения кальция в нейронах. Ученые обнаружили, что увеличение экспрессии одного из этих генов улучшает обучаемость подопытных крыс и нормализует активность сотен других генов, пораженных старением, возвращая их к состоянию, характерному для более молодых животных. «Мы просто очарованы тем фактом, что простое восстановление одной молекулы может изменить так много аспектов старения мозга », - говорит Ландфилд.

Одним из главных достижений данного исследования, отмечает один из рецензентов Григорий Роуз, невролог из Университета Южного Иллинойса, заключается в том, что он ставит под сомнение популярную сегодня идею о том, что возбуждение нейронов является основным патогенетическим фактором, приводящим к симптомам болезни Альцгеймера. Исследователи «нормализировали экспрессию наборов генов, и что не менее важно, нормализовали те гены, которые регулируют старение, и которые связаны с возбуждением нейронов», — говорит Роуз. Ученый, предположил, что «препараты для лечения болезни Альцгеймера, снижающие возбуждение нейронов, не решат проблему облегчения участи больных».

В предыдущей работе группа Ландфилда связывала возрастные когнитивные нарушения в с чрезмерным высвобождением кальция в клетках гиппокампа. Исследователи также идентифицировали гены, кодирующие белки FKBP (семейство белков с активностью пролил-изомеразы и определяющих функции циклофилинов), связанные с этим дисбалансом кальция. Когда Ландфилд и его коллеги уменьшали экспрессию генов у молодых крыс на один уровень, регуляция кальция в мозговой ткани крыс нарушалась, и их мозг был похож на мозг более старых животных, а когда экспрессия генов экспериментально повышалась у старых крыс, их мыслительные функции ощутимо «молодели».

«Если снижение FKBP отвечает за дисрегуляцию кальция и когнитивные нарушения, тогда возникает вопрос, почему FKBP снижается?», задался вопросом Филипп Ландфилд. И в новом исследовании два члена его команды Джон Гант и Эрик Блалок, используя специальное аналитическое оборудование и подопытных животных, попытались выяснить, как ведут себя белки FKBP.

Исследователи инъецировали вирусы, вызывающие избыточную экспрессию одного из генов FKBP1b в мозг 13-месячных и 19-месячных крыс, а затем проверили способность животных изучать местоположение подводной платформы в «водном лабиринте». Затем они эвтаназировали крыс и проанализировали экспрессию генов в их гиппокампе.

Результаты поразили: обработанные крысы не только лучше справились с заданием в водном лабиринте, чем контрольные животные того же возраста, но у них вместе с гиперэкспрессией FKBP1b изменились уровни экспрессии более чем 800 других генов. Почти все изменения сближали их с молодыми контрольными крысами и делали менее похожими на старых.

«Мы обнаружили, что FKBP контролирует не только клеточную физиологию и обучаемость, но оказывают огромное влияние на сеть структурно важных генов, которые контролируют цитоскелет и внеклеточную матрицу», — говорит Ландфилд. «Мы действительно считаем, что это FKBP может быть очень важным соединением, возможно, основным регулятором функций кальция, а кальций абсолютно необходим для всех функций в клетке».

«Факт, что эффекты сверхэкспрессирующего гена так широкомасштабны, довольно удивителен», — говорит Дерадж Рой, невролог из Большого Института Массачусетского технологического института и Гарварда, который не участвовал в исследовании. «Многие предсказывали, что, возможно, нужно экспрессировать несколько белков, чтобы уменьшить выброс кальция до уровня более молодой крысы».

Джон Дистерхофт, невролог из Северо-западного университета, называет новую работу «отличным шагом», который, однако, поднимает новые вопросы. «Когда они увидели, что экспрессия мРНК отражается на обучаемости животных и что белок вызывает сверхэкспрессии — это было прорывом, но я надеюсь, что в будущем мы узнаем что-то большее», — отмечает он. Он задается вопросом, могут ли сверхэкспрессирующие гены FKBP еще более драматически влиять на старых крыс, имеющих когнитивные нарушения, и будут ли отдельные части гиппокампа играть более значительную роль в наблюдаемых эффектах — и, следовательно, было бы здорово узнать больше.

«Это важный вопрос. Они нашли универсальное средство омоложения мозга, но означает ли это новый путь лечения? Очень маловероятно, что эту молекулу можно было бы избирательно ввести в конкретный отдел мозга, а ведь именно это требуется для решения проблем, которые мы видим в клинике», — говорит Роуз. «Но исследование действительно ведет нас к каким-то интересным новым направлениям, акцентирует внимание на важности кальция в гиппокампе и наглядно демонстрирует, что возрастные функциональные отклонения в мозге могут быть обратимыми», — отмечает он.

Ландфилд считает, что он близок к разгадке основной головоломки своего исследования и сейчас он сосредоточен на следующем шаге. «Если снижение FKBP влияет на дисрегуляцию кальция и когнитивные нарушения, то основным становится вопрос почему FKBP снижается?», — говорит он. «Вполне возможно, что некоторые метаболические состояния или изменения в других клетках ответственны за снижение FKBP. И мы сейчас планируем изучить это».