Уникальные маркеры нейродегенерации

Актуальность

Известно, что одним из многих факторов, сопровождающих процессы биологического старения и возрастных дегенеративных изменений, является механизм свободнорадикального окисления.В новом исследовании научных сотрудников Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, представлены данные о том, что нейрональные наслоения коротких фрагментов РНК, накопление которых является результатом свободнорадикальных процессов в клетках, могут служить своеобразным маркером на начало нейродегенера протеинов. Статья, в которой приведены основные положения работы, опубликована в издании «Cell Reports» 27 ноября 2018.

Материалы и результаты исследования

Фрагментацию РНК с изменением функциональности нейронов ученые наблюдали как в эксперименте на животных, так и при исследовании тканей человека, прежде всего в структурах участка стриатума головного мозга, связанных с развитием таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона. Комментируя описанное явление, руководитель научного проекта Кристофер Бурдж (Christopher Burge), профессор биологии Массачусетского технологического института отметил: «На самом деле головной мозг отличает чрезвычайная метаболическая активность, которая со временем формирует основу для накопления и проявлений негативных последствий процессов оксидации. Однако подобные явления могут быть более ярко выражены только в отдельных структурах мозга. Указанный феномен ранее не рассматривался как прямое следствие оксидативного стресса, который влияет на сотни тысяч генов, изменяя регуляцию процессов трансляции РНК на глобальном уровне организма».

В своем исследовании авторы впервые ввели новейшую технологическую разработку, позволяющую изолированно наблюдать последовательность мессенджера РНК от отдельных типов клеток. Мессенджер РНК кодирует информацию о синтезе протеинов рибосом. Техника, предложенная исследователями, заключается в флюоресцентной маркировке рибосом определенного типа клеток, что позволяет выделять лишь определенные фрагменты РНК из соответствующих клеток и в дальнейшем идентифицировать протеины, синтезируемые отдельными клетками. Задачей исследования стал поиск различий экспрессии генов двух типов клеток с участка corpus striatum головного мозга лабораторных животных двух групп - возрастом 6 нед и 2 года. Изучая особенности генетической экспрессии в указанных типах клеток, исследователи планировали выявить возможные черты возрастных изменений, влияющих на физиологические процессы транскрипции и синтеза протеинов.

Да, в результате экспериментальных наблюдений установлено, что в проекционных нейронах D1 животных старшего возраста наблюдались сотни генов, информация о которых была закодирована только в коротких фрагментах первичной последовательности мРНК. Эти фрагменты, известные также как 3-нетранслирующие последовательности нуклеотидов (3UTR), были прикреплены к рибосам, что препятствовало физиологическому синтезу протеинов. В дальнейшем исследователями установлено, что активация путей ответа на окислительный стресс была значительно выше в нейронах D1 по сравнению с нейронами D2, что, по мнению ученых, свидетельствовало о том, что названные нейроны действительно испытывают большее влияние свободнорадикального окисления.

Наряду с этим, изучая изменения в тканях головного мозга человека, исследователи установили, что количество фрагментов 3UTR постепенно увеличивается с возрастом, что подтверждает предложенное ими объяснение модели постепенного повреждения вследствие влияния факторов свободнорадикального окисления.

Выводы и перспективы

Выводы исследователей и предложенная модель свидетельствуют о том, что синтез фрагментов 3UTR является проявлением деградации нормальной физиологической и функционально активной мРНК. Указанные изменения приводят к уменьшению синтеза протеинов, кодируемых пораженными участками генов. При этом накопление фрагментов 3UTR с прикрепленными к ним рибосомами также формирует предпосылки блокады синтеза других протеинов. Подводя итоги, ученые отметили, что обнаруженная в исследовании разновидность клеточной деградации может сочетаться с влиянием генетических факторов и факторов окружающей среды, инициируя изменения когнитивных возможностей и даже служа триггером нейродегенеративных процессов, например . В дальнейших исследованиях ученые надеются на изучение причин и последствий накопления нетранслирующих фрагментов 3UTR.

• Massachusetts Institute of Technology(2018) Biologists discover на unusual hallmark aging in neurons: Snippets of RNA that accumulate в brain cells could interfere with normal function. ScienceDaily, Nov. 27.
• Sudmant P.H., Lee H., Dominguez D. et al. (2018) Widespread accumulation of ribosome-associated isolated 3UTRs в neuronal cell populationsthe aging brain. Cell Rep., 25(9): 2447–2456.

Наталья Савельева-Кулик