Биохимики выявили и заблокировали клеточную реакцию, ответственную за появление когнитивных нарушений при синдроме Дауна.
Синдром Дауна – это генетическое нарушение, при котором количество хромосом у человека составляет 47 вместо обычных 46. Причина кроется в появлении дополнительной копии у 21-ой пары хромосом. Именно поэтому до сих пор специалисты изучали это расстройство в основном через призму генетики.
Команда, возглавляемая исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Медицинского колледжа Бейлора, выбрала иной путь изучения этой врождённой проблемы. Биохимики сосредоточились на исследовании связи синдрома Дауна с процессами производства белка в клетках головного мозга.
Для этого эксперты создали особых генетически модифицированных грызунов. Такие животные отображают хромосомные, поведенческие и когнитивные особенности людей с синдромом Дауна, то есть фактически представляют собой модель данного заболевания.
"Подавляющее большинство специалистов изучало отдельные гены двадцать первой хромосомы, чтобы выяснить, какие из них связаны с синдромом Дауна и характерными для него изменениями. Наш подход отличался. Мы пытались выявить связь между дефектами производства белка и этой генетической патологией", – пояснил один из авторов исследования профессор Питер Уолтер в пресс-релизе университета.
Питер Уолтер, соавтор исследования, в ходе которого была выявлена связь между нарушением производства белка в головном мозге и синдромом Дауна.
Учёные провели ряд биохимических исследований и выяснили, что в клетках гиппокампа мышей с подобием синдрома Дауна вырабатывается на 39% меньше белка.
Напомним, что эта часть мозга участвует в формировании эмоций и является ключевой в процессах обучения и долговременного запоминания.
Дальнейшие исследования привели американских специалистов к заключению, что дополнительная хромосома, вероятно, запускает в этой части мозга животных так называемую стрессовую реакцию (integrated stress response, или ISR), которая и снижает выработку белка.
"Клетка постоянно следит за своим здоровьем. Когда что-либо идёт не так, она начинает вырабатывать меньше белка. И обычно это достоверный признак того, что клетка испытывает стресс. Производство белка необходимо для поддержания нормальных когнитивных функций. Поэтому, если его выработка снижается, то мы видим нарушение работы памяти", – добавляет в пресс-релизе Университета Калифорнии в Сан-Франциско профессор Уолтер.
Авторы работы отмечают, что ISR активируется четырьмя различными ферментами. Однако эксперименты показали, что только один из них, названный протеинкиназа-R (PKR), запускает стрессовую реакцию в клетках гиппокампа при синдроме Дауна.
На следующем этапе работы биохимики заблокировали активность этого фермента в головном мозге "особенных" мышей с помощью специального препарата.
Оказалось, что "выключение" протеинкиназы-R привело не только к нормализации выработки белка в гиппокампе, но и к улучшению умственных способностей лабораторных животных. Учёные убедились в этом, проведя ряд тестов на обучение и запоминание.
Но будут ли нарушенные механизмы производства белка, наблюдаемые в мозге грызунов с подобием синдрома Дауна, идентичны патологическим процессам в нервных клетках людей с таким отклонением?
Чтобы ответить на этот закономерный вопрос, учёные проанализировали посмертные образцы тканей мозга людей, родившихся с синдромом Дауна. Оказалось, что и в человеческих клетках наблюдались признаки активной стрессовой реакции.
Кроме того, благодаря удачному стечению обстоятельств, исследователи получили образец ткани живого человека с данным генетическим нарушением.
Примечательно, что только часть его клеток содержала третью копию в 21-ой паре хромосом, остальные были генетически нормальными. Подобное явление специалисты называют мозаичной формой синдрома Дауна.
Детально изучив редкий образец, учёные выявили любопытную вещь. Стрессовая клеточная реакция, подавляющая выработку белка, была запущена только в клетках с дополнительной хромосомой. Обычные клетки функционировали совершенно нормально.
Таким образом, полученные данные убедительно свидетельствуют, что ISR участвует и, возможно, даже ответственна за определённые нарушения при синдроме Дауна, считают авторы эксперимента.
Профессор Уолтер подчёркивает, что его научной группе ещё многое предстоит изучить в данной области. Тем не менее полученные результаты являются важным первым шагом на пути к улучшению здоровья и качества жизни людей с данной хромосомной аномалией.
Научная работа американских биохимиков опубликована в престижном издании Science.
Источник: ВЕСТИ НАУКА
