Повреждение длинных отростков нейронов (аксонов) и вызванная этим клеточная смерть связаны со многими нейродегенеративными заболеваниями, в том числе с болезнью Альцгеймера и глаукомой. Ключевую роль в гибели нейронов при этих недугах выполняет клеточный ответ на повреждения — сигнальный путь двойной лейциновой застежки. При повреждениях отростков нейронов активируется киназа двойной лейциновой застежки (DLK), модифицирует саму застежку и запускает каскад реакций других ферментов. При этом в периферической нервной системе это часто вызывает восстановление отростков нейронов, а вот в центральной — ведет к гибели клеток, из-за чего и развивается болезнь.
Из-за участия этого сигнального пути сразу в двух процессах: гибели клеток в мозге и регенерации их отростков в периферии, подавление DLK в качестве терапии работает плохо. Клетки мозга действительно перестают умирать, однако аксоны не могут восстанавливаться в других частях нервной системы, поэтому до сих пор эффективного подхода к терапии нейродегенеративных заболеваний через подавление работы ферментов клеточной гибели не было.
Исследователи под руководством Амита Пателя (Amit K. Patel) из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашли способ спасти нейроны от смерти, не теряя их способности к восстановлению аксонов. Они выявили малые молекулы в нейронах, которые способствовали и выживанию клеток, и росту аксонов. Для этого авторы провели две серии экспериментов, в которых смоделировали повреждение аксонов и клеточную смерть в лабораторных культурах нейронов сетчатки. После чего биологи определили ферменты, которые были наиболее активны в клетках с успешной выживаемостью и восстановлением отростков. В обеих группах ими оказались три киназы: MINK1, MAP4K4 и TNIK, которые объединены в подсемейство GCK-IV.
После этого ученые проверили способность клеток выживать без всех трех киназ: они нарушили их гены у мышей при помощи геномного редактирования, после чего обработали клетки разными ядами и измерили количество белка-маркера выживаемости в нервных клетках сетчатки. Оказалось, что количество маркера после повреждения оптического нерва и, как следствие, выживаемость клеток значительно возросли у мышей без киназ (p < 0,05), что сравнимо с эффектом от выключения DLK. А вот удаление ферментов по одиночке такого результата не показало.
Тогда исследователи проверили влияние выключения киназ GCK-IV на регенерацию аксонов и повредили мышам с нарушенными генами GCK-IV оптический нерв. Само по себе нарушение генов не показало значительного влияния не восстановление отростков. При этом известно, что этому способствует подавление другого гена — PTEN. Биологи предположили, что двойное выключение PTEN и GCK-IV может также иметь эффект. Так и произошло: регенерация аксонов у мышей с таким генотипом была лучше, чем при одиночных подавлениях PTEN, GCK-IV и тем более DLK (p < 0,05). Также подавление трех киназ немного помогло отросткам нейронов меньше дегенерировать (p < 0,05).
Фотографии нарушенных оптических нервов мышей с разными генотипами. Красным красителем помечены регенерирующие аксоны. Видно, что больше всего их у мышей с нарушениями сразу в обоих генах GCK-IV и PTEN.
Amit K. Patel et al. / PNAS, 2020
Ученые попытались выяснить, есть ли взаимосвязь между механизмами действия GCK-IV и DLK, которая запускает клеточную гибель. Они предположили, что GCK-IV могут подавлять сигнальный путь DLK и таким образом препятствовать клеточной гибели. Исследователи снова выключили GCK-IV и измерили уровень активности сигнального пути DLK. Тройная делеция действительно понизила уровень его активации (p < 0,05), однако он оставался значительно выше, чем при делеции самой DLK. При этом попарные делеции показали, что из трех киназ необходимым для снижения уровня активации является выключение только одной из киназы — TNIK.
Так исследователи обнаружили новый путь для восстановления жизнеспособности нейронов и даже улучшения регенерации их аксонов через делеции генов GCK-IV. Пока не до конца понятно, как они влияют на функционирование сигнального пути DLK, который вызывает гибель, однако сам по себе способ перспективен для дальнейших поисков эффективной терапии нейродегенеративных заболеваний.
Источник: nplus1.ru
