Используя новые лабораторные тесты, исследователи смогли обнаружить и измерить специфические, самораспространяющиеся прионные формы белков бета-амилоида (A-?) и тау в посмертной мозговой ткани 75 пациентов с болезнью Альцгеймера. Поразительно, но более высокие уровни этих прионов в образцах головного мозга человека были тесно связаны с ранними формами заболевания и более молодым возрастом смерти.
Болезнь Альцгеймера в настоящее время определяется на основании наличия в головном мозге скоплений токсичных белков, известных как амилоидные бляшки и тау-клубки, которые сопровождаются снижением когнитивных функций и деменцией. Но попытки вылечить болезнь путем удаления этих инертных белков оказались безуспешными.
Новое свидетельство того, что активный A-? и тау-прионы могут быть причиной болезни – опубликовано 1 мая 2019 года в Science Translational Medicine – может побудить исследователей исследовать новые методы лечения, непосредственно ориентированные на прионы.
«Я считаю, что это вне всякого сомнения показывает, что бета-амилоид и тау-амилоид являются прионами, и что болезнь Альцгеймера – это двойное прионное заболевание, при котором эти два нелегальных белка вместе разрушают мозг», – сказал Стэнли Прусинер, доктор медицины, из исследования. старший автор и директор Института нейродегенеративных заболеваний UCSF, входящего в состав Института нейронаук UCSF Weill. "Тот факт, что уровни прионов также связаны с продолжительностью жизни пациентов, должен изменить наши представления о дальнейших действиях по разработке методов лечения этого заболевания. Нам нужны коренные изменения в исследованиях болезни Альцгеймера, и именно этим занимается данная статья. Эта статья может стать катализатором серьезных изменений в исследованиях AD."
Что такое прионы?
Прионы представляют собой неправильно свернутые версии белка, которые могут распространяться как инфекция, заставляя нормальные копии этого белка принимать ту же самораспространяющуюся, неправильно свернутую форму.
Исходный прионный белок, PrP, был идентифицирован Прусинером в 1980-х годах как причина болезни Крейтцфельдта-Якоба (CJD) и губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота, также известной как коровье бешенство, которые распространялись через потребление мясокостной муки, зараженной прионами PrP. Это был первый раз, когда было показано, что болезнь заражает людей не через заражение организма, такого как бактерия или вирус, а через инфекционный белок, и Прусинер получил Нобелевскую премию за это открытие в 1997 году.
Прусинер и его коллеги давно подозревали, что PrP был не единственным белком, способным действовать как самораспространяющийся прион, и что различные типы прионов могут быть ответственны за другие нейродегенеративные заболевания, вызванные прогрессирующим токсическим накоплением неправильно свернутых белков. Например, болезнь Альцгеймера определяется буквой A-? бляшки и клубки тау, которые постепенно распространяют разрушение по мозгу. За последнее десятилетие лабораторные исследования в UCSF и других странах начали показывать, что амилоидные бляшки и клубки тау-белка из больного мозга могут инфицировать здоровую ткань мозга во многом так же, как PrP, но значительно медленнее.
Многие ученые неохотно соглашались с тем, что A-? и тау являются самораспространяющимися прионами – вместо этого они называют их распространение «прионоподобными» – потому что, в отличие от прионов PrP, они не считались заразными, за исключением строго контролируемых лабораторных исследований. Однако в недавних отчетах задокументированы редкие случаи, когда пациенты получали гормон роста, полученный из ткани головного мозга человека, или которым была проведена трансплантация защитной твердой мозговой оболочки, у которых в дальнейшем развился A-? бляшки в среднем возрасте, задолго до того, как их можно будет увидеть у любого человека без генетического заболевания. Прусинер утверждает, что эти данные свидетельствуют о том, что как A? и тау являются прионами, хотя они размножаются медленнее, чем очень агрессивные прионы PrP.
В ответ на эти дебаты Прусинер любит цитировать из лекции 1969 года нейробиолога Бернарда Каца: «Есть такой тип ученых, которые, если бы у них был выбор, предпочли бы использовать зубную щетку своего коллеги, чем его терминологию!"
Лабораторные биоанализы Reveal A? и тау-прионы в посмертных образцах мозга человека
В новом исследовании ученые объединили два недавно разработанных лабораторных теста для быстрого измерения прионов в образцах тканей человека: новый A-? система обнаружения, разработанная в лаборатории Prusiner, и анализ тау-прионов, ранее разработанный Марком Даймондом, доктором философии, бывшим преподавателем UCSF, который в настоящее время является директором Центра болезни Альцгеймера и нейродегенеративных заболеваний в Юго-западном медицинском центре UT.
В отличие от более ранних моделей на животных, которым могли потребоваться месяцы, чтобы выявить медленное распространение A-? и / или тау-прионов, эти клеточные анализы измеряют уровни инфекционных прионов всего за три дня, что позволяет исследователям впервые эффективно количественно определить уровни как тау-белка, так и A-? прионы в обработанных экстрактах из посмертных образцов мозга. В новом исследовании они применили этот метод к аутопсии ткани мозга более 100 человек, умерших от болезни Альцгеймера и других форм нейродегенерации, которая была собрана из репозиториев в США, Европе и Австралии.
В анализах, сравнивающих образцы от пациентов с болезнью Альцгеймера и тех, кто умер от других болезней, активность прионов точно соответствовала характерной патологии белка, которая была установлена при каждой болезни: в 75 головах мозга с болезнью Альцгеймера оба A-? активность приона тау была повышена; в 11 образцах от пациентов с церебральной амилоидной ангиопатией (ЦАА) только А-? были замечены прионы; и в 10 образцах тау-связанной лобно-височной долевой дегенерации (FTLD) были обнаружены только тау-прионы. Другой недавно разработанный биоанализ на прионы альфа-синуклеина обнаружил эти инфекционные частицы только в семи образцах от пациентов с множественной системной атрофией (MSA), связанной с дегенеративным синуклеином.
«Эти тесты меняют правила игры», – сказал соавтор и химик-протеин Уильям ДеГрадо, доктор философии, профессор фармацевтической химии и член Института сердечно-сосудистых исследований UCSF, который участвовал в разработке и анализе текущего исследования. "Ранее исследование болезни Альцгеймера было сосредоточено на изучении побочного ущерба в виде неправильно свернутых мертвых белков, которые образуют бляшки и клубки. Теперь выясняется, что с болезнью коррелирует активность прионов, а не количество бляшек и клубков во время вскрытия.
Поэтому, если мы собираемся добиться успеха в разработке эффективных методов лечения и диагностики, нам нужно нацеливаться на активные формы прионов, а не на большое количество белка в бляшках и клубках."
А-? и активность тау-прионов связана с долголетием пациентов с болезнью Альцгеймера
Самым замечательным открытием нового исследования может быть открытие, что самораспространяющиеся прионные формы тау и A-? являются наиболее заразными для мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, умерших в молодом возрасте от наследственных, генетически обусловленных форм болезни, но гораздо менее распространены у пациентов, умерших в более старшем возрасте.
В частности, по сравнению с измерениями общего накопления тау-белка, который, как известно, увеличивается с возрастом в мозге Альцгеймера, исследователи обнаружили заметное экспоненциальное снижение относительной численности прионных форм тау с возрастом. Когда исследователи построили график своих данных, они увидели чрезвычайно сильную корреляцию между тау-прионами и возрастом пациентов на момент смерти: по сравнению с общими уровнями тау-прионов количество тау-прионов в мозге пациента, умершего в возрасте 40 лет, в среднем составляло 32 раза. выше, чем у пациента, умершего в возрасте 90 лет.
«Я до сих пор помню, где сидел и в какое время дня, когда впервые увидел эти данные более года назад», – сказал соавтор и ведущий исследователь нейродегенерации Уильям Сили, доктор медицины, профессор неврологии в UCSF Memory and Aging.
Центр, который руководит Банком мозга нейродегенеративных заболеваний UCSF, который предоставил ткани, использованные в исследовании. "Я очень редко, если вообще когда-либо, видел такую корреляцию в биологических данных человека. Теперь нужно выяснить, что означает корреляция."
Исследование поднимает ряд вопросов, которые необходимо будет решить в будущих исследованиях, в том числе могут ли различия в инфекционности прионов объяснить давнюю загадку того, почему болезнь Альцгеймера прогрессирует с такой разной скоростью у разных пациентов. Другие открытые вопросы, возникшие в результате исследования, включают в себя, связаны ли более высокие уровни прионов в образцах мозга от более молодых пациентов с ранним началом заболевания или насколько быстро оно прогрессировало, и отражают ли более низкие уровни прионов в головном мозге пожилого возраста менее «инфекционные» варианты прионов или наоборот. некоторая способность мозга этих пациентов избавляться от неправильно свернутых белков.
Доказательства того, что прионные формы A-? и тау играют особую роль в болезни Альцгеймера – ту, которую невозможно определить простым подсчетом амилоидных бляшек и клубков тау в мозгу пациентов – также поднимают вопросы о современных подходах к диагностике болезни Альцгеймера, дизайну клинических испытаний и открытию лекарств, говорят авторы. , которые надеются, что их новые тесты вызовут новый интерес к разработке методов лечения, направленных на поддающиеся измерению прионные белки.
«Недавно мы видели, как многие, казалось бы, многообещающие методы лечения болезни Альцгеймера терпят неудачу в клинических испытаниях, что заставляет некоторых предполагать, что мы нацелены не на те белки», – сказал Карло Конделло, доктор философии, один из ведущих авторов исследования. "Но что, если мы просто не разрабатываем лекарства против отличительных прионных форм этих белков, которые на самом деле вызывают болезни?? Теперь, когда мы можем эффективно измерить прионные формы A-? и тау, есть надежда, что мы сможем разработать лекарства, которые либо предотвращают их образование или распространение, либо помогают мозгу очистить их до того, как они нанесут ущерб."