Общий механизм болезни Паркинсона и БАС

Нейроны и контроль над качеством митохондрий

LifeSciencesToday по материалам Harvard Medical School: Damage Control. Researchers connect pathway linked to Parkinson’s disease with genes mutated in ALS

Чтобы клетка могла жить, из нее должны удаляться больные или поврежденные митохондрии – ее «энергетические станции». В головном мозге контроль над качеством митохондрий настолько важен, что нейродегенеративные заболевания можно рассматривать как результат накопления в нейронах дефектных митохондрий.

Поврежденная и здоровая митохондрии. (Фото: National Institute on Aging)

Ученые из Медицинской школы Гарвардского университета связали этот путь, уже ассоциируемый с болезнью Паркинсона, с белками, мутирующими при боковом амиотрофическом склерозе – поражении моторных нейронов, известном также как болезнь Лу Герига. Результаты их исследования опубликованы в журнале Molecular Cell (Heo et al., The PINK1-PARKIN Mitochondrial Ubiquitylation Pathway Drives a Program of OPTN/NDP52 Recruitment and TBK1 Activation to Promote Mitophagy).

В здоровых клетках поврежденные митохондрии разрушаются и утилизируются посредством процесса, называемого селективной аутофагией. В переводе с греческого этот термин означает «самопоедание». В последние годы предметом интенсивных исследований многих лабораторий по всему миру был вопрос о том, как происходит маркировка митохондрий, «приговоренных» к утилизации.

Белки, связанные с болезнью Паркинсона

Повреждение митохондрий является триггером активации двух белков,– PARKIN и PINK1, – маркирующих их поверхность цепочками убиквитина, молекулы, сигнализирующей клетке о необходимости избавиться от этих дефектных органелл. То, что эти белки являются виновниками развития семейной формы болезни Паркинсона с ранним началом, известно уже более десятилетия, но их роль в осуществлении контроля над качеством митохондрий выяснена лишь недавно. А как клетки распознают сигналы о необходимости утилизации и какие белки после распознавания принимают участие в этом процессе, ученые изучают и совсем недолго.

Первые ключевые идеи об этих нижележащих механизмах были представлены несколько лет назад, когда было открыто, что рецепторный белок аутофагии OPTN совместно с протеинкиназой TBK1 участвует в удалении из клеток посредством аутофагии патогенных бактерий. Интересно, что оба эти белка – OPTN и TBK1 – мутируют и при боковом амиотрофическом склерозе (БАС), но какой вклад они вносят в развитие этого нейродегенеративного заболевания, оставалось неясным.

Группа ученых во главе с Вэйдом Харпером (Wade Harper) механистически связала эти два набора белков и описала многоступенчатый путь контроля над качеством митохондрий. Стоящие у истока каскада реакций белки PARKIN и PINK1 функционируют в начале процесса утилизации митохондрий, связывая убиквитиновые цепочки с дефектными митохондриями, в то время как действующие позднее белки OPTN и TBK1 связываются с этими убиквитиновыми цепочками, делая поврежденные митохондрии мишенями механизма аутофагии.

Важно отметить, что связывание комплекса OPTN-TBK1 с убиквитиновыми цепочками стимулирует активацию TBK1 и последующую активацию убиквитин-связывающей функции OPTN, создавая самоусиливающийся механизм, имеющий важнейшее значение для конечной доставки митохондрий в аутофагосому.

Связь с БАС

С помощью самой современной количественной масс-спектрометрии, редактирования генома и визуализации американские ученые получили детальную картину того, как происходит взаимодействие этих двух молекулярных путей, и смогли составить представление о том, каким образом они могут связывать эти два нейродегенеративных заболевания.

Схема из статьи в Molecular Cell

«Впервые нам удалось показать, как убиквитинирование поврежденных митохондрий активирует их удаление. Это дает основания предположить, что потенциально нарушение процесса митофагии может вносить вклад в развитие как БАС, так и болезни Паркинсона», – комментирует результаты исследования Харпер, профессор молекулярной патологии и руководитель кафедры клеточной биологии Harvard Medical School.

Постдокторант его лаборатории Альбан Ордюро (Alban Ordureau), соавтор статьи, и раньше изучал биохимическое взаимодействие PARKIN и PINK1 в процессе специфической маркировки поврежденных митохондрий убиквитином.

«Здесь же речь идет о том, как уже убиквитинированные митохондрии распознаются клеткой и как затем клетка избавляется от них с помощью белков, вовлеченных в развитие двух различных нейродегенеративных заболеваний», – поясняет доктор Ордюро.

Ведущий автор статьи Цзинь-Ми Хэо (Jin-Mi Heo), также постдокторант лаборатории Харпера, открыл, что белок TBK1 активируется при повреждении митохондрий связыванием убиквитиновой цепочки белком OPTN.

Стресс и чувствительность

«Если в клетке стрессу подвергается один путь, могут возникнуть нарушения в других путях», – поясняет доктор Хэо. «Возможно, поэтому мы видим сходные характерные признаки при различных заболеваниях, возникающих вследствие разных причин».

При болезни Паркинсона повреждаются нейроны, вырабатывающие нейромедиатор дофамин, а при БАС нарушена функция моторных нейронов.

«Между различными мутациями, предрасполагающими к развитию болезней, существуют очень сложные взаимодействия, и [имеет значение] в каких типах клеток они действуют», – дополняет коллегу профессор Харпер. «В зависимости от типа клеток развивается та или иная болезнь».

Одна из идей состоит в том, что разные типы нейронов проявляют к токсичным белкам или токсичным органеллам – таким как дефектные митохондрии – разную чувствительность. Моторные нейроны, например, гораздо длиннее, чем большинство нейронов головного мозга; поэтому они могут быть более чувствительны к накоплению определенных типов токсичных белков или органелл, чем другие типы нейронов, продолжает Харпер. Мутации при определенных заболеваниях могут отражать чувствительность к различным типам грузов аутофагосом. Результатом будет поражение моторных нейронов при БАС и дофаминергических нейронов при болезни Паркинсона.

«Удивительно то, что гены болезни Паркинсона действуют выше пути, мутирующего при болезни моторных нейронов», – говорит Харпер. «Таким образом, мы имеем генетическую чувствительность в этом пути, которая должна быть разной в разных клетках».

Может оказаться, что это общий механизм, используемый клетками для того, чтобы избавляться от самого различного поврежденного материала в разных типах нейронов.

«Мы приступаем к выяснению этого вопроса», – делится планами профессор Харпер.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
02.03.2016