Назад
В посмертном мозге женщин содержится больше S-нитрозилированных белков C3, вероятно, связанных с менопаузой, которые побуждают иммунные клетки уничтожать синапсы нейронов.
Из примерно 6,5 миллионов американцев, страдающих в настоящее время болезнью Альцгеймера, 4 миллиона - женщины. Такое резкое гендерное различие, вероятно, обусловлено биологическими и культурными факторами, но по данным Ассоциации Альцгеймера, попытки расшифровать генетические или гормональные факторы риска развития нейродегенеративного заболевания не дали результатов. Исследование, опубликованное 14 декабря в журнале Science Advances, дает новую подсказку: образцы мозга, взятые у женщин, страдающих болезнью Альцгеймера, чаще, чем у мужчин, содержат определенный посттрансляционно модифицированный белок, который авторы исследования связывают с патологическим развитием болезни Альцгеймера.
Эксперимент начался с поиска S-нитрозилированных белков в образцах, взятых из 40 образцов посмертного мозга, в том числе у мужчин и женщин, страдавших болезнью Альцгеймера на момент смерти, а также у здоровых людей. S-нитрозилирование белка (SNO) - это модификация белка, которую соавтор исследования Стюарт Липтон, исследователь нейродегенеративных заболеваний в Scripps Research и один из ученых, создавших первый одобренный FDA препарат от болезни Альцгеймера (мемантин), изучает в контексте нейродегенерации уже несколько десятилетий. Процесс SNO включает в себя связывание цистеинового остатка белка с катионом азота (NO+), согласно более ранним работам Липтона, что может привести к неправильному сворачиванию и агрегации белков, что и наблюдается при нейродегенерации. Но эта модификация также используется здоровыми клетками, объясняет он, как часть нормальной посттрансляционной модификации.
Рейчел Хендрикс, нейробиолог, изучающая болезнь Альцгеймера в Вашингтонском университете, отмечает: "Посттрансляционные модификации, такие как SNO, важно учитывать в исследованиях протеомики, поскольку они могут предоставить дополнительную информацию о функциях и регуляции белков". Однако SNO "в прошлом было трудно измерять", - добавляет Хендрикс, которая не участвовала в новом исследовании.
Липтон отмечает, что "мы только недавно разработали методы, позволяющие рассмотреть его в реальных деталях". В данном случае поиск белков SNO в тканях мозга стал возможен благодаря модифицированной версии SNOTRAP - метода, разработанного соавтором исследования и инженером-биологом Массачусетского технологического института Стивеном Танненбаумом, который использует азот-связывающие химические зонды и нано-жидкостную хроматографию для обнаружения и выделения конкретных белков. В результате группа выявила 1 449 SNO-белков, что, по словам Липтона, указывает на то, что SNO, вероятно, важны для различных биомедицинских процессов, а затем сузила свой список до 10 белков, которые были более распространены в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера по сравнению со здоровыми людьми.
Один из них, белок SNO под названием компонент комплемента 3 (C3), который играет роль в аутоиммунной системе, был обнаружен в значительно большем количестве в мозге женщин, страдающих болезнью Альцгеймера, чем в мозге мужчин, страдающих болезнью Альцгеймера. В мозге мужчин с болезнью Альцгеймера уровень C3 был в 5,3 раза выше, чем в мозге мужчин контрольной группы. Однако в ходе исследования было выявлено 34,2-кратное увеличение уровня С3 в мозге женщин с болезнью Альцгеймера по сравнению с контрольной группой женщин, что указывает на связь между полом и нейродегенеративным заболеванием.
Хендрикс похвалила строгость исследования, отметив, что авторы четыре раза измеряли десять образцов из каждой группы, "что является большим размером выборки, чем часто используется в масс-спектрометрических исследованиях", поскольку образцы часто объединяются для снижения затрат. "Это повысило надежность результатов и позволило исследователям выявить некоторые белковые находки, которые были крайне существенными в подгруппе отдельных мужчин и женщин [с болезнью Альцгеймера]". Однако Хендрикс также отмечает, что почти все образцы, даже контрольные, демонстрировали тот или иной уровень нейродегенеративной патологии, поэтому "для полного понимания различий, представленных в данной работе, могут потребоваться дальнейшие исследования с большим объемом выборки".
C3 ранее уже связывали с болезнью Альцгеймера, но по данным исследования не было известно, что он нитрозилирован или распределен неравномерно между мужчинами и женщинами. Поэтому авторы провели дополнительные эксперименты, чтобы определить, чем обусловлены половые различия, в частности, изучили гормональные изменения у мужчин и женщин. В ходе последующих исследований in vitro с использованием человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (hiPSCs), полученных из микроглии мозга, исследователи обнаружили, что половой гормон β-эстрадиол подавляет образование SNO-C3. На основании этих данных исследователи пришли к выводу, что резкое падение уровня эстрогена, которое наблюдается у женщин в период менопаузы - как известно, приводящее к увеличению NO в мозге - действует как триггер, увеличивающий нитрозилирование и вызывающий повсеместное образование SNO-C3.
"Проблема, как мне кажется, в том, что у женщин [С3] внезапно повышается, когда эстроген исчезает", - говорит Липтон, объясняя, почему в мозге женщин наблюдался больший скачок С3, чем в мозге мужчин. "Он не только выше у женщин, но и это происходит внезапно".
В дальнейших экспериментах in vitro Липтон и его коллеги обнаружили, что SNO-C3 активирует микроглию в мозге и заставляет ее нацеливаться на синапсы между нейронами, расщепляя и разрушая эти связи между клетками мозга. Это также приводит к разрушению митохондрий в мозге, оставляя нейроны без топлива, необходимого им для работы и выживания. Это, как утверждает Липтон, является явным доказательством того, что активированная C3 микроглия является движущей силой развития болезни Альцгеймера.
"Болезнь Альцгеймера и другие дементные заболевания - да, они имеют неправильно сформированные и другие агрегированные белки", - говорит Липтон, говоря о других предполагаемых биомаркерах болезни Альцгеймера, таких как тау или агрегация амилоидных бляшек, - "но это не является заболеванием". Напротив, он отмечает, что потеря синапсов тесно коррелирует с прогрессированием болезни. "Если у нас будет терапия, способная защитить синапсы, то, возможно, у нас действительно что-то получится", - говорит он.
Липтон добавляет, что сейчас он и его коллеги нацелены на коммерциализацию этого открытия для использования в новых препаратах для лечения болезни Альцгеймера путем разработки денитрозилирующих препаратов, "которые с хирургической точностью нацелены непосредственно на один белок, который нитрозилирован, и либо предотвращают его нитрозилирование, либо денитрозилируют его". "Вы не можете просто уменьшить NO - это не сработает - вы должны нацелиться на интересующий вас белок", - объясняет он.
Тем не менее, он надеется, что другие лаборатории присоединятся к нему, используя SNOTRAP и другие методы для изучения влияния нитрозилированных белков на болезнь Альцгеймера, а также на другие нейродегенеративные заболевания и медицинские состояния - в конце концов, в этом исследовании было выявлено еще 1498 SNO-белков, которые можно было бы изучить.
Хендрикс также не терпится увидеть, как новая работа поможет в разработке новых методов терапии. "Один из аспектов этого исследования, который особенно интересен, - это потенциал персонализированной медицины в исследованиях [болезни Альцгеймера]", - отмечает она. "В целом, это исследование подчеркивает важность учета половых и других индивидуальных различий при разработке потенциальных методов лечения [болезни Альцгеймера]".
Hongmei Yang et al. Механистическое понимание преобладания женщин при болезни Альцгеймера на основе аберрантного S-нитрозилирования белка C3 (аннотация).
S-нитроз(ил)ация белков (SNO) - посттрансляционная модификация, участвующая в различных процессах в здоровье и при заболеваниях и способствующая повреждению синапсов при болезни Альцгеймера (БА).
Для идентификации белков SNO в мозге больных БА мы использовали триарилфосфин (SNOTRAP) в сочетании с масс-спектрометрией (MS). Мы обнаружили 1449 SNO белков с 2809 SNO сайтами, представляющих широкий спектр S-нитрозилированных белков в 40 посмертных мозгах людей с БА и без БА, полученных от пациентов обоих полов. Интегративное ранжирование белков выявило 10 белков с повышенным уровнем SNO, включая компонент комплемента 3 (C3), p62 (SQSTM1) и фосфолипазу D3. Повышенный уровень S-нитрозилированного C3 присутствовал в мозге женщин по сравнению с мужчинами при БА. Механистически мы показали, что образование SNO-C3 зависит от снижения уровня β-эстрадиола, что приводит к усилению синаптического фагоцитоза и, следовательно, к потере синапсов и последующему когнитивному снижению.
В целом, мы демонстрируем значительные изменения в S-нитрозопротеоме, которые способствуют патогенезу БА в зависимости от пола.
