Ошибки контроля качества в мозге прослежены через неправильно свёрнутые белки

Белки — это «инструменты» наших клеток, но они могут выполнять свои жизненно важные функции, только если правильно сворачиваются в специфическую 3D-структуру. Этот процесс строго контролируется в клетке. Нарушения этого контроля качества видны, например, при накоплении неправильно свёрнутых белков при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера. Исследователи из Институтов нейробиологии и биохимии Общества Макса Планка впервые создали линию мышей, которая позволяет визуализировать состояние белкового баланса (протеостаза) в мозге млекопитающих.

Каждая клетка содержит целый механизм, который помогает белкам сворачиваться, исправляет ошибки и утилизирует дефектные белки. С возрастом эта система контроля качества постепенно ухудшается. Для нервных клеток, которые не обновляются, это особенно критично. При таких болезнях, как Альцгеймер, Паркинсон или Хантингтон, определённые неправильно свёрнутые белки перегружают систему контроля, не утилизируются, накапливаются и образуют отложения в ткани мозга.

Новая линия мышей

Чтобы детальнее изучить дефекты контроля качества, учёные под руководством Ирины Дудановой создали новую линию мышей. В нейроны мыши был введён белок, заставляющий светлячков светиться. Оптимизированный для температуры тела жука, этот белок в более «тёплых» млекопитающих нуждается в постоянной помощи для сворачивания. Только при правильной структуре он производит свет. Учёные также пометили его флуоресцентной меткой для отслеживания в клетке.

В здоровых нейронах белок распределён равномерно и светится. Если же система контроля качества перегружена, белок светлячка образует сгустки и светится слабее. Таким образом, он служит сенсором состояния протеостаза.

Результаты экспериментов

Исследователи скрестили новую линию мышей с моделями разных нейродегенеративных заболеваний.

• В модели болезни Альцгеймера люминесцентный белок образовывал сгустки, что сигнализировало о сильном нарушении протеостаза.
• В модели болезни Хантингтона такого эффекта не наблюдалось.

«Разные результаты были довольно неожиданными, — отмечает Ирина Дуданова. — Мы обнаружили, что важную роль играют как сами неправильно свёрнутые белки, так и их расположение в клетке».

В модели Альцгеймера дефектный белок накапливается в теле клетки, а в модели Хантингтона — в ядре клетки. Следовательно, контроль качества белка и его ресурсы могут сильно различаться в разных частях одной клетки.

«Это показывает, насколько сложен контроль качества белков и насколько различными могут быть его нарушения при отдельных нейродегенеративных заболеваниях», — объясняет Дуданова.

Новая линия мышей теперь позволяет целенаправленно изучать эту сложность как в здоровых, так и в больных нейронах. В планах команды — исследовать другие нейродегенеративные заболевания и выяснить, поражаются ли разные типы клеток мозга с разной скоростью. Кроме того, эта модель может помочь оценить эффективность различных терапий.