Российские учёные на базе Института биоорганической химии (ИБХ) имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН первыми в мире смоделировали развитие старческой деменции, воссоздав биохимический процесс, который происходит в клетках на начальных этапах заболевания. Результаты исследования опубликованы в журнале Redox Biology.
– Причины возникновения деменции до сих пор не изучены, но хорошо известно, что воспаление мозга и целый ряд нейродегенеративных заболеваний, в том числе таких, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, сопровождаются окислительным стрессом нейронов, –
рассказывает Metro один из авторов исследования Олег Подгорный, кандидат биологических наук, руководитель группы редокс-биологии ИБХ РАН. – Мы дышим кислородом, который необходим для энергии и целого ряда биохимических реакций в организме. К сожалению, побочным продуктом дыхания является генерация активных форм кислорода. Это соединения, которые вступают в быстрые реакции с основными компонентами клеток: клеточными мембранами, белками и нуклеиновыми кислотами – и постепенно разрушают их. Для защиты от этого процесса природа снабдила клетки специальными системами. При старении организма, воспалении и других патологических процессах эти системы перестают эффективно защищать клетки от активных форм кислорода. Это и есть окислительный стресс – и один из возможных механизмов старения организма.
Существовала гипотеза о том, что окислительный стресс нервных клеток является первопричиной деменции. Но доказательств этому не было до тех пор, пока наши учёные искусственно не смоделировали данный процесс внутри клетки.
– До нашей работы нельзя было создать изолированный окислительный стресс: когда возможно выработать активные формы кислорода в клетке, не затрагивая при этом другие сигнальные и метаболические пути, – продолжает Олег. – Мы первыми в мире придумали использовать для этого фермент из дрожжей, который называется оксидаза D-аминокислот.
Ростислав Соколов, один из авторов работы, помещает переживающий срез мозга мыши в камеру для электрофизиологических исследований. предоставлено Олегом Подгорным.
Как воссоздали процесс развития деменции
Сначала учёные создали в пробирке специализированный вирус для доставки в нервные клетки гена фермента оксидазы D-аминокислот.
– Мы вводили вирус здоровым мышам прямо в мозг, – объясняет Олег Подгорный. – Перед нами стояла задача ускорить процесс старения, словно посмотреть фильм на быстрой перемотке, чтобы увидеть механизмы развития этих патологических состояний внутри клетки. Какое-то время ждали, вирус действовал исключительно на нейроны головного мозга, потом мы делали срезы мозга мышей. Нервные клетки в этих срезах оставались живыми примерно 3–4 часа, для этого мы создали специальные условия. Когда к срезам мозга добавляли D-аминокислоту в нейронах, заражённых вирусом, начинала продуцироваться перекись водорода и возникал окислительный стресс.
Дальше учёные регистрировали в нейронах головного мозга электрические импульсы и изучали, как нервные клетки общаются друг с другом в условиях окислительного стресса.
– Оказалось, что такие нейроны на клеточном уровне хуже запоминают информацию, которую им передают другие нейроны, – уточняет Олег. – Это как раз, возможно, и объясняет снижение памяти и способности к обучению при старении.
Это тела нервных клеток головного мозга. Цвет показывает наличие перекиси водорода в клетках: в каких её мало, а в каких, наоборот, много (от голубого к красному). Клетки с окислительным стрессом – жёлтые и красные. предоставлено Олегом Подгорным.
Какие выводы были сделаны из эксперимента
– Мы хотим зарегистрировать у животных нарушение способности к обучению и запоминанию, – делится Олег Подгорный. – Выяснить механизмы, почему нейроны постепенно умирают, и понять, что можно сделать, чтобы противостоять этим негативным процессам. Тогда мы сможем находить молекулярные ранние маркеры нейродегенеративных заболеваний и сделать тесты, которые смогут выявлять их на досимптомных стадиях. Сейчас эти болезни диагностируются поздно: умирает уже много нейронов, восстановить которые не получается.
Есть вероятность, что благодаря данному исследованию и дальнейшей научной работе будет создано лекарство, которое сможет противостоять окислительному стрессу в нервных клетках, что значительно снизит риск развития старческой деменции, болезней Альцгеймера и Паркинсона.
