Репрограммирование клеток в мозге живой мыши сняло симптомы болезни Паркинсона

Американские и китайские ученые предложили еще один способ восстанавливать повреждения при болезни Паркинсона: превращать астроциты в нейроны путем репрограммирования in vivo, то есть в живом мозге. Они обнаружили, что для этого достаточно заблокировать производство одного-единственного белка. При этом им удалось восполнить число нейронов в мозге мышей настолько, что у животных исчезли симптомы двигательных расстройств, связанных с дегенерацией. Работа опубликована в журнале Nature.

Для болезни Паркинсона до сих пор нет хорошего лекарства, которое бы останавливало нейродегенерацию, а не просто компенсировало симптомы болезни. Один из способов решить эту проблему — научиться поставлять в мозг новые нейроны. Но поскольку нервных стволовых клеток у человека мало и извлечь их непросто, то ученые ищут способы превратить в них клетки каких-нибудь других типов.

В 2017 году мы писали о том, как с помощью четырех веществ — трех факторов транскрипции и одной микроРНК — шведские ученые научились превращать астроциты (вспомогательные клетки нервной ткани) в настоящие нейроны. Теперь Хао Цянь (Hao Qian) из Калифорнийского университета вместе с коллегами из Китая и США продвинулись еще дальше: они решили репрограммировать клетки внутри мозга живой мыши (подобно тому, как недавно селезенку мыши превратили в печень).

В качестве сырья для будущих нейронов Цянь и коллеги, как и их предшественники, выбрали астроциты — потому что в мозге их довольно много, они активно делятся, и их относительно легко превратить в другой тип клеток. В качестве средства для репрограммирования ученые выбрали РНК-связывающий белок PTB1. Известно, что снижение его экспрессии вызывает экспрессию его нейронального варианта nPTB1, а тот, в свою очередь, подавляет работу генов, отвечающих за созревание нейронов.

После того как в мышиных и человеческих астроцитах подавили экспрессию PTB1, за месяц 50-80 процентов клеток в культуре стали выглядеть как нейроны. В репрограммированных клетках также удалось обнаружить экспрессию характерных для нейронов белков и зарегистрировать потенциалы действия — главный признак функциональной пригодности нейронов.

Убедившись в том, что метод работает in vitro, исследователи перешли к экспериментам in vivo. Они работали с трансгенными мышами, которые экспрессируют cre-рекомбиназу в астроцитах. Это позволяет нацелить вирус, несущий в себе блокатор PTB1, непосредственно на астроциты. Чтобы убедиться в том, что вирус достигает цели, в него встроили ген красного флуоресцентного белка. Оказалось, что после того, как вирус ввели мышам в черную субстанцию мозга — одну из главных мишеней болезни Паркинсона — в ней действительно появились светящиеся красным клетки, по форме похожие на астроциты. Через три недели на 20 процентах этих клеток появились маркеры нейронов, а через десять недель 80 процентов светящихся клеток стали нейронами.

После этого авторы работы повторили свои эксперименты с другими зонами головного мозга — корой больших полушарий и полосатым телом. Они заметили, что эффективность репрограммирования астроцитов в разных регионах мозга примерно одинаковая. Зато разным оказался результат: новообретенные нейроны экспрессировали разные маркеры в зависимости от того, где они появились. Вероятно, это связано с тем, что астроциты в разных зонах мозга изначально различались экспрессией генов, но может быть и следствием различий в микроокружении. Тем не менее, новые нейроны встроились в существующие структуры мозга. Чтобы это проверить, ученые ввели светящиеся гранулы в полосатое тело, а через день обнаружили их в черной субстанции — следовательно, нейроны проросли из одной структуры в другую и смогли захватить гранулы в одной части мозга и пронести в другую.

Наконец, исследователи попробовали применить репрограммирование для борьбы с болезнью Паркинсона. Ее симптомы вызывают у мышей с помощью токсичного аналога дофамина, который вызывает гибель дофаминергических нейронов. За месяц после инъекции токсина число нейронов в полосатом теле снизилось на 90 процентов: от почти трех тысяч до примерно 266, по подсчетам автором работы. Затем мышам в мозг ввели репрограммирующий вирус, и через 10-12 недель он помог восстановить более 600 клеток. Таким образом, на выходе у животных осталось около 30 процентов от изначального числа дофаминергических нейронов.

Репрограммированные астроциты оказались активными производителями дофамина: если после инъекции токсина его концентрация снизилась примерно до четверти от нормы, то после терапии снова поднялась до 65 процентов. Кроме того, репрограммирование позволило восстановить двигательные функции. В этой модели болезни Паркинсона мышам вводили токсин только в одну из половин полосатого тела, и дегенерация нейронов оказывалась односторонней: после этого животные предпочитали использовать конечности только с одной стороны для ощупывания предметов. Однако после терапии эта избирательность исчезла, и животные равномерно двигали всеми конечностями.

Авторы работы отмечают, что от применения на людях их методику отделяет несколько важных нерешенных проблем. Например, предстоит решить, как быть с другими клетками, которые случайно окажутся репрограммированными, и как ограничить количество восприимчивых к терапии астроцитов, чтобы они не оказались в дефиците. Кроме того, у пожилых людей, которые в основном и страдают от болезни Паркинсона, астроциты хуже делятся и менее пластичны, чем у молодых, поэтому репрограммирование может оказаться менее эффективным.

От редактора

Тем не менее, никто пока не обещает, что такое средство поможет избавиться от болезни насовсем. У мышей можно создать лишь аналог болезни Паркинсона: нейродегенерация не прогрессирует, потому что клетки гибнут однократно. Так что неизвестно, сможет ли репрограммирование остановить развитие болезни Паркинсона у людей, или его нужно будет применять как постоянную поддерживающую терапию.

Недавно инъекцию репрограммированных клеток впервые применили против болезни Паркинсона на людях — правда, пока всего лишь на одном человеке. Кроме того, мы писали и о других попытках справиться с болезнью — например, имплантации капсулы со свиными клетками в мозг. Ученые также выяснили, что риск развития этой болезни снижает удаление аппендикса.

Источник: m.vk.com

Комментарии: