Alzheimer: co prowadzi do uszkodzenia komórek mózgowych?
Naukowcy odkryli mechanizm, za pomocą którego toksyczne białko mózgowe, charakterystyczne dla choroby Alzheimera, może uszkadzać neurony lub komórki mózgowe.
Zespół z Instytutu Neuronauk w Grenoble we Francji, który dokonał odkrycia, sugeruje również potencjalny sposób rozbrojenia mechanizmu we wczesnych stadiach choroby.
Badanie dotyczy funkcjonowania kolców dendrytycznych, czyli maleńkich struktur w rozgałęzionych częściach komórek mózgowych, które odbierają sygnały z innych komórek mózgowych.
Wydaje się, że beta-amyloid, toksyczne białko, które gromadzi się w mózgach osób z chorobą Alzheimera, uruchamia mechanizm, który zakłóca funkcjonowanie kolców dendrytycznych.
Mechanizm ten wyłącza białko zwane kofiliną 1, a aktywność tego białka ma kluczowe znaczenie dla zdrowego funkcjonowania kolców dendrytycznych.
Plik Journal of Neuroscience niedawno opublikował artykuł poświęcony badaniom.
Opisuje, w jaki sposób zespół wykorzystał próbki tkanki mózgowej z modeli myszy i osób z chorobą Alzheimera, aby dojść do swoich ustaleń.
Kluczowym odkryciem było to, że ekspozycja na peptydy beta-amyloidowe, które są budulcem toksycznego białka, doprowadziła do wzrostu nieaktywnej postaci kofiliny 1.
„Co więcej”, zauważa współautor badania, dr José Martínez-Hernández, który obecnie pracuje na Wydziale Biochemii i Biologii Molekularnej Uniwersytetu Kraju Basków w Hiszpanii, „peptydy beta-amyloidu prowadzą do mniej kolców w dłuższej perspektywie; kiedy przestają być funkcjonalne, z czasem są stopniowo tracone ”.
Choroba Alzheimera niszczy połączenia mózgowe
Alzheimer to nieodwracalna choroba mózgu, która z czasem się pogarsza. Jest to najczęstsza przyczyna demencji.
Choroba osłabia zdolność do zapamiętywania, myślenia i wykonywania prostych zadań, dopóki osoby z chorobą Alzheimera nie będą już mogły o siebie zadbać. Większość osób zaczyna odczuwać objawy w wieku około 60 lat.
Według National Institute on Aging eksperci uważają, że w Stanach Zjednoczonych żyje ponad 5,5 miliona osób z chorobą Alzheimera.
Różne formy demencji mają różne cechy charakterystyczne. W chorobie Alzheimera wyróżniające cechy obejmują toksyczne nagromadzenie beta-amyloidu i innego białka zwanego tau oraz utratę połączeń między neuronami.
Neurony przekazują informacje do mózgu i przekazują sygnały z mózgu do innych części ciała, takich jak narządy i mięśnie.
Miliardy neuronów w mózgu komunikują się ze sobą, wysyłając i odbierając komunikaty chemiczne przez „wyspecjalizowane struktury” zwane synapsami. Struktury te pojawiają się i znikają, wzmacniają się i osłabiają w zależności od doświadczenia.
Mózg przechowuje długoterminowe informacje, zmieniając chemię i strukturę synaps. Naukowcy uważają, że dynamiczna, zmienna natura synaps leży u podstaw pamięci i uczenia się.
Synapsy, kolce dendrytyczne i cytoszkielety
Kiedy informacja w postaci przekaźników chemicznych przemieszcza się przez synapsę z jednej komórki mózgowej do drugiej, rozgałęzione struktury zwane dendrytami przenoszą sygnały do neuronu odbierającego.
Kolce dendrytyczne to małe wypukłości na rozgałęzionych strukturach, które aktywnie odbierają sygnały z innych komórek mózgowych.
Niedawne badania ujawniają, w jaki sposób toksyczny beta-amyloid w tkance mózgowej dotkniętej chorobą Alzheimera osłabia synapsy, zmniejszając aktywność białka kofiliny 1 w kolcach dendrytycznych.
Komórki mózgowe posiadają cytoszkielet, który nie tylko utrzymuje ich trójwymiarową strukturę, ale jest również odpowiedzialny za dynamiczny transport substancji wewnątrz komórki.
Cytoszkielety mają tę zdolność, ponieważ składają się z wysoce aktywnych włókien aktynowych, które, jak wyjaśnia Martínez, „są zakotwiczone, ale ciągle się poruszają, jakby były ruchomymi schodami”.
Cofilin 1 rozbija włókna na oddzielne jednostki aktyny, „zadanie, które utrzymuje dynamikę aktywną”, dodaje.
Dezaktywacja cofiliny 1 osłabia kolce dendrytyczne
Fosforylacja lub dodanie grupy fosforylowej do kofiliny 1 powoduje jednak, że białko jest nieaktywne.
Naukowcy zaobserwowali, jak ekspozycja na peptydy beta-amyloidu w hodowanych komórkach mózgowych doprowadziła do powstania większej ilości fosforylowanej kofiliny 1. Zmniejszyło to dynamizm włókien aktynowych i z kolei osłabiło zdolność kolców dendrytycznych do odbierania sygnałów.
Dalsze badania ujawniły, że enzym zwany kinazą białkową związaną z Rho (ROCK) może być celem redukcji fosforylacji kofiliny 1. Enzym aktywuje i dezaktywuje inne cząsteczki poprzez fosforylację.
Testy z lekiem o nazwie Fasudil, który blokuje ROCK, wykazały, że odwraca on efekty obserwowane przez zespół w filamentach aktynowych.
Martínez mówi, że wyniki badań potwierdzają pogląd, że celowanie w ROCK i kofilinę 1 we wczesnych stadiach choroby Alzheimera może potencjalnie zapobiec szkodom, jakie beta-amyloid wyrządza kolcom i synapsom dendrytycznym.
Sugeruje, że dalsze badania nad lekami, które „specyficznie zatrzymują fosforylację” kofiliny 1 w komórkach mózgowych, mogą być obiecującą drogą do znalezienia nowych metod leczenia choroby Alzheimera.
„Nie wymyśliliśmy mechanizmu działania, ale potwierdziliśmy, że hamowanie szlaku fosforylacji kofiliny 1 zapobiega ekspozycji na peptydy beta-amyloidu, co powoduje dezaktywację białka, a co za tym idzie wpływ na cytoszkielet kolców dendrytycznych. ”
Dr José Martínez-Hernández
