В работе была использована созданная ранее в России линия трансгенных мышей, которая подходит для исследования процессов гибели нервных клеток. Гибель нейронов в лобных и височных долях головного мозга приводит к атрофии соответствующих отделов и развитию ранней формы деменции. Изучение молекулярных механизмов этой патологии позволит приблизиться к разработке и тестированию новых методов терапии неизлечимого сегодня заболевания. Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Cellular and Molecular Medicine. Проект поддержан грантом Российского научного фонда (РНФ).
Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и ряд других деменций, болезнь Паркинсона, хорея Гентингтона и боковой амиотрофический склероз сопровождаются избирательной гибелью нервных клеток, что приводит к атрофии определенных отделов центральной нервной системы. При лобно-височной деменции, или фронтотемпоральной лобарной дегенерации (ФТЛД), патологический процесс развивается относительно рано — в возрасте 45-65 лет. ФТЛД составляет от 10 до 20% всех случаев слабоумия, являясь самым распространенным видом деменции среди представителей молодого и среднего возраста. Патологические изменения головного мозга приводят к когнитивным, социальным и эмоциональным нарушениям. Меняются личностные и поведенческие черты, появляются речевые трудности, проблемы с памятью и процессами организации и планирования.
Известно, что некоторые наследственные формы бокового амиотрофического склероза, а также ФТЛД связаны с мутациями в гене белка FUS, отвечающего за исправления ошибок в ДНК, транспорт РНК и другие важные процессы, поддерживающие нормальное функционирование РНК в клетке. Слипание «неправильных» форм этого белка и их накопление в виде агрегатов внутри клеток ведет к гибели нейронов.
Исследование нейродегенеративных процессов вышло на новый уровень благодаря созданию трансгенных мышей, в нервной системе которых синтезировались те самые «неправильные» белки. Так, на этих модельных организмах было показано, что небольшие количества мутантного белка FUS могут быть устранены системами естественной защиты двигательных нейронов, что предотвращает развитие бокового амиотрофического склероза.
Однако внутренняя защита нейронов коры головного мозга оказалась менее эффективной против патогенных форм белка FUS, и с возрастом у трансгенных мышей, производящих мутантный белок человека, могли развиваться признаки ФТЛД. Для того чтобы воспроизвести основные признаки заболевания в экспериментальной модели, ученые Института физиологически активных веществ РАН в Черноголовке специально подготовили группы трансгенных мышей.
Далее сотрудники лаборатории психиатрической нейробиологии Первого МГМУ имени И. М. Сеченова совместно с коллегами из Института трансляционной медицины Санкт-Петербургского Университета и Маастрихтского университета (Нидерланды) провели поведенческое тестирование и молекулярно-биологический анализ нервной системы трансгенных мышей. Охарактеризовав у модельных животных клинические и биохимические признаки развития поражения головного мозга по типу ФТЛД, исследователи разработали протокол для тестирования на этой модели новых соединений, способных изменять, замедлять или останавливать прогрессию болезни. Животных разделили на две группы: половина перед исследованиями получала определенные препараты, а вторая осталась без лечения.
Экспериментальные животные прошли ряд испытаний: их помещали в лабиринт с открытыми и закрытыми частями, отмечая, как скоро животные начинают прятаться; сажали попеременно в освещенную и темную клетки. Все поведенческие тесты проводили согласно современным биоэтическим требованиям. Таким образом ученые оценивали уровни устойчивости к развитию экспериментальной депрессии, показатели состояния тревожности, способности к аналитической оценке опасности. Серия подобных экспериментов позволила сделать выводы о когнитивных нарушениях и эффективности воздействия различных препаратов.
Затем ученые исследовали соответствующие отделы головного мозга экспериментальных животных – гиппокампа и префронтальной коры, так как именно в них обнаруживают ключевые изменения при ФТЛД. Срезы окрашивали антителами на различные белки и анализировали с помощью современных высокотехнологичных микроскопов: специальный краситель позволяет распознать пораженные нейроны на срезе, выявить патогенные включения в их цитоплазме и оценить степень разрушения нервной ткани. Помимо этого, образцы ткани сравнили по количеству синтезируемых белков, характерных для этого заболевания. Исследования подтвердили характерные для ФТЛД изменения в головном мозге трансгенных мышей и, что особенно важно, выявили соединения, способные эти изменения ослаблять.
«Созданная нами ранее трансгенная модель FUS-протеинопатии позволяет воспроизводить в экспериментальных мышах целый каскад патологических процессов, запускаемый в результате нарушения структуры ДНК/РНК-связывающего белка FUS. Мы можем моделировать заболевания человека, в патогенезе которых важная роль принадлежит FUS-протеинопатии: это ряд форм бокового амиотрофического склероза и ФТЛД», — заключает Наталья Нинкина.
Важно отметить, что эти абсолютно разные по клинической картине заболевания имеют общий молекулярный механизм, но разное местонахождение патологического процесса. Поэтому методы лечения определенных форм бокового амиотрофического склероза и ФТЛД, направленные на коррекцию патологических каскадов FUS-протеинопатии, могут перекрываться. Это подтвердили результаты представленного исследования.