Запутанная дуэль с белком тау: клетки мозга vs болезнь Альцгеймера

Исследование болезни Альцгеймера выявляет клетки мозга с повышенным риском повреждения тау-протеином
Учёные разработали мощный новый инструмент для картирования различных типов клеток в мозге. С помощью этой техники исследователи обнаружили, что специфические клетки мозга, критически важные для памяти и расположенные в области, называемой гиппокампом, особенно подвержены накоплению белка, которое характерно для болезни Альцгеймера. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Communications Biology, помогает объяснить, почему болезнь Альцгеймера так сильно повреждает память, и открывает новые пути для целевых методов лечения.

Болезнь Альцгеймера – это разрушительное заболевание мозга, которое постепенно разрушает память и интеллект, и в настоящее время у него нет лекарства. Основной характеристикой болезни Альцгеймера является накопление белка, называемого тау, внутри клеток мозга. Считается, что это накопление нарушает нормальное функционирование клеток и способствует масштабным повреждениям мозга, наблюдаемым при этом заболевании.

Учёные давно заметили, что болезнь Альцгеймера не поражает мозг равномерно; некоторые области страдают сильнее и гораздо раньше других. Понимание причин, почему некоторые области мозга более уязвимы, чем другие, является важным вопросом в исследовании болезни Альцгеймера.

Исследователи из Университета Техаса в Арлингтоне и Университета Калифорнии в Сан-Франциско пытались понять эту избирательную уязвимость, изучая различные типы клеток мозга и их подверженность накоплению тау-протеина. Они поставили перед собой задачу определить, какие именно типы клеток могут быть наиболее подвержены риску, и выяснить основные причины этой уязвимости.

Для проведения своего исследования команда учёных использовала новый подход к картированию мозга, называемый матричной инверсией и выбором подмножеств, или MISS. Эта техника позволяет учёным создавать детализированные карты, показывающие распределение различных типов клеток мозга по всему мозгу. Исследователи использовали обширный набор данных, который каталогизировал гены, активные в примерно 1,3 миллиона отдельных клеток мозга мышей.

Этот набор данных, созданный Институтом наук о мозге Аллена, предоставляет обширный профиль различных типов клеток в мозге мыши. Используя технику MISS и эти клеточные данные, исследователи создали карты, показывающие, где находятся 42 различных типа клеток мозга в мозге мыши. Эти типы клеток включали различные виды нейронов, основных сигнализирующих клеток мозга, а также не нейронные поддерживающие клетки.

Чтобы понять, как эти карты клеток связаны с болезнью Альцгеймера, команда затем сопоставила эти карты с данными из предыдущих исследований, отслеживавших накопление тау-протеина в мозгах мышей, генетически модифицированных для развития признаков болезни Альцгеймера. Накладывая карты клеточных типов на паттерны накопления тау, они могли идентифицировать, какие типы клеток присутствуют в областях мозга, наиболее сильно пострадавших от тау-протеина.

Анализ выявил ясный паттерн уязвимости среди различных типов клеток мозга. Исследователи обнаружили, что определённые типы нейронов, расположенные в гиппокампе, области мозга, важной для формирования памяти, демонстрировали сильную связь с накоплением тау-протеина. Эти уязвимые нейроны были конкретно идентифицированы как глутаматергические нейроны, тип нейронов, который использует глутамат в качестве основной молекулы-сигнала.

В отличие от этого, нейроны коры, наружной части мозга, ответственной за высшие функции, такие как рассуждение и восприятие информации, были в целом меньше связаны с накоплением тау.
"Используя математические и вычислительные модели, мы обнаружили, что некоторые клетки в гиппокампе, области мозга, важной для памяти и навигации, более уязвимы к накоплению тау," – заявил автор Педро Майя, ассистент профессора математики в UTA. "Эти глутаматергические нейроны показали крепкую связь с депозитами тау, что означает, что они с большей вероятностью будут пострадавшими. В отличие от этого, клетки мозга в коре – части мозга, контролирующей движение, сенсорную информацию, эмоции и рассуждения – с меньшей вероятностью подвергались воздействию тау."

Интересно, что исследование также выделило устойчивость олигодендроцитов, типа не нейронной клетки мозга, которая производит миелин, вещество, изолирующее нервные волокна и помогающее им эффективно передавать сигналы. Олигодендроциты показали отрицательную связь с накоплением тау, что предполагает, что они могли бы быть менее уязвимыми или даже играть защитную роль против накопления тау.

Дальнейший анализ показал, что распределение различных типов клеток мозга по регионам мозга является более точным предсказателем, где накапливается тау-протеин, чем расположение генов, ранее связанных с болезнью Альцгеймера. Это предполагает, что врождённая клеточная структура различных областей мозга, а не только генетическая предрасположенность, может быть основным фактором, определяющим их уязвимость к связанному с болезнью Альцгеймера накоплению белков.

"В целом, это исследование помогает нам понять, почему определённые области мозга подвержены более сильному воздействию накопления тау, приводящему к болезни Альцгеймера," – сказал Майя. "Определив типы клеток и функции генов, вовлечённых в процесс, наше исследование демонстрирует, как теоретические и вычислительные модели могут предоставить новые идеи о прогрессировании болезни Альцгеймера. Это ещё одна ценная информация, которая поможет нам целенаправленно воздействовать на уязвимые клетки и гены, связанные с накоплением тау, потенциально замедляя или предотвращая развитие болезни Альцгеймера в будущем."

Исследование под названием "Поиск клеточных основ селективной уязвимости к тауопатическим инсультам при болезни Альцгеймера" было выполнено Джастином Тором, Педро Д. Майя, Чайтали Ананд и Ашишем Раджем.