Стволовые клетки и нейродегенеративные заболевания (3)

Стволовые клетки и болезнь Альцгеймера

Продолжение. Начало статьи здесь.

Болезнь Альцгеймера (БА) описана немецким психиатром Алоисом Альцгеймером (Alois Alzheimer) как «пресенильная деменция» и является одним из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеваний во всем мире. Оно является ведущей причиной развития слабоумия в стареющей популяции и недавно была определена как шестая по значимости причина смертности. Пациенты с болезнью Альцгеймера страдают от нарушений познавательной функции, потери памяти и поведенческих изменений, первопричиной которых является нейродегенрация. Губительному влиянию болезни подвергаются гиппокамп, миндалевидная железа, неокортекс и базальные регионы переднего мозга, что является причиной нарушения познавательной функции и памяти. К патологическим проявлениям болезни Альцгеймера относятся нейрофибриллярные тяжи и бета-амиоидные бляшки. К формированию нейрофибриллярных тяжей и бета-амилоидных бляшек приводит чрезмерное фосфолирирование белка тау и агрегация пептида амилоида соответственно. К генетическим причинам развития болезни Альцгеймера относятся мутации пресенилина-1 (PSEN1), пресенилина-2 (PSEN2), белка-предшественника амилоида (APP) и аполипопротеина Е. В настоящее время не существует препаратов, излечивающих это заболевание, временного облегчения удается добиться только с помощью ингибиторов ацетилхолинэстеразы. К препаратам этого класса относятся такрин и его производные, донепизел, ривастигмин, галантамин и агонист рецепторов глутамина мемантин. Эти одобренные Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) фармакологические вмешательства обеспечивают только симптоматическое облегчение на протяжении непродолжительного времени, при этом в долгосрочной перспективе могут оказывать нежелательные побочные эффекты. Предположительно эффективным подходом к лечению болезни Альцгеймера считается удаление бета-амилоидных бляшек из ткани головного мозга. Есть данные, согласно которым в процесс очистки ткани мозга от бляшек вовлечен фермент неприлизин. Аналогичную роль выполняют и другие протеиназы, такие как катепсин В и плазмин, считающиеся потенциальным мощными терапевтическими агентами против болезни Альцгеймера. Результаты ряда более ранних исследований продемонстрировали целесообразность применения фактора роста нервов для предотвращения нейродегенерации и токсичности амилоида, однако этот подход имеет очень серьезное ограничение, так как молекулы фактора не способны пересекать гематоэнцефалический барьер и поэтому не пригоден для периферического введения.

Трансгенные животные модели болезни Альцгеймера, несущие ассоциированные с заболеванием мутации, предоставили большое количество информации по его этиологии и патофизиологии, однако не позволили разобраться во взаимосвязи между фактором роста нервов и формированием амилоидных бляшек. Мышиные модели на сегодняшний день не позволяют полностью воспроизвести патофизиологию заболевания человека и уже были зарегистрированы провалы клинических исследований препаратов, продемонстрировавших эффективность в экспериментах на мышах. Более ранние исследования продемонстрировали, что имплантация генетически модифицированных фибробластов в передний мозг пациентов обеспечивала подавление нейродегенерации и восстановление ассоциированных с болезнью Альцгеймера нарушений познавательной функции. Тогда как фибробласты по своей природе неподвижны и не способны к миграции в другие регионы мозга, трансплантированные стволовые клетки могут мигрировать в высвобождать факторы роста в поврежденные регионы мозга. Таким образом, позиционная трансплантационная терапия стволовыми клетками в данном случае может оказаться более плодотворной.

Во множестве публикаций описывается успешное применение стратегий трансплантации стволовых клеток при болезни Альцгеймера. Одно из этих исследований продемонстрировало, что при трансплантации мышиным моделям болезни Альцгеймера полученные из эмбриональных стволовых клеток нервные стволовые клетки обеспечивают лучшие результаты по сравнению с трансплантацией эмбриональных стволовых клеток. Трансплантированные нервные стволовые клетки сохраняли стабильность и успешно дифференцировались в холинэргические нейроны, что обеспечивало улучшение памяти. С другой стороны, у животных группы контроля, перенесших трансплантацию эмбриональных стволовых клеток, развивались тератомы. Еще одно исследование проводилось на мышином мозге, экспрессирующем агрегаты амилоидных бляшек и нейрофибриллярных тяжей. Генетически модифицированные нервные стволовые клетки, экспрессирующие нейротрофический фактор головного мозга, успешно трансплантировались в головной мозг грызунов, что улучшало способность к обучению и память. Такие нервные стволовые клетки не уменьшали количество амилоидных бляшек, вместо этого повышение уровней нейротрофического фактора головного мозга способствовало формированию новых синапсов.

Стволовые клетки и иПСК широко используются для изучения специфичных для человека реакций и комплексного изучения болезни Альцгеймера. В 2011 году Yagi et al. впервые получили нейроны из иПСК пациента-носителя мутаций генов PSEN2 и PSEN1. С тех пор в целом ряде исследований использовался этот подход специфичного для пациента моделирования болезни Альцгеймера с использованием иПСК. Каталитическая субъединица фермента гамма-секретазы кодируется геном PSEN1, мутации которого приводят к манифестации ранних стадий семейной болезни Альцгеймера. Стволоклеточные модели заболевания в целом направлены на выяснение роли вовлечения активности гамма-секретазы в развитие спорадической и семейной форм болезни Альцгеймера. Например, результаты исследований показали, что значения соотношения разных форм бета-амилоида (Aβ42/40) были выше в нейронах, полученных из иПСК пациентов (фибробластов с мутациями PSEN1), по сравнению с клетками группы контроля. Аналогичным образом мутации белка-предшественника амилоида приводили к повышению значений соотношения Aβ42/40 в нейронах переднего мозга человека. В нескольких исследованиях семейная болезнь Альцгеймера моделировалась с помощью иПСК, несущих мутации белка-предшественника амилоида, такие так доминантная V717L и рецессивная E9636 мутации. Исследование Israel et al. продемонстрировало, что ингибирование активности гамма- или бета-секретазы ведет к снижению продукции амилоида-бета-40, тогда как ингибирование гамма-секретазы не предотвращает фосфорилирование белков тау.

Полученные из стволовых клеток нейроны и астроциты широко используются для in-vitro моделирования семейной болезни Альцгеймера. Генные мутации приводят к очевидным изменениям клеточного фенотипа, таким как изменения бета-амилоида. Однако то, каким образом процессинг белка-предшественника амилоида взаимосвязан с фосфорилирование белка тау является аспектом, на сегодняшний день не поддающимся эффективному моделированию. Начало и инициация болезни Альцгеймера преимущественно объясняется амилоидной гипотезой. Белок-предшественник амилоида является битопическим (один раз пересекающим мембрану) трансмембранным белком, протеолитическое расщепление которого приводит к появления коротких пептидов бета-амилоида. Мутации генов, вовлеченных в протеолиз белка-предшественника амилоида, играют ключевую роль в развитии семейной болезни Альцгеймера. Бета-амилоид-42 является более длинной формой пептида, накопление которой вызывает нейродегенерацию и гибель клеток. Посттрансляционным изменениям, а также изменениям внутриклеточной локализации ассоциированного с микротрубочками белка тау принадлежит вторая по значимости роль в прогрессии болезни Альцгеймера. При совместном моделировании изменения белка тау и агрегация амилоидных бляшек на стволовых клетках обеспечивают получение лучших моделей болезни Альцгеймера. Полученных из иПСК простых моногенных нейронов недостаточно для моделирования амилоидоза, так как они аккумулируют низкие уровни токсичных бета-амилоидных бляшек. Для преодоления этой сложности были созданы линии стволовых клеток, несущие множественные мутации, а также демонстрирующие гиперэкспрессию мутированных генов, таких как ген белка-предшественника амилоида (APP) и PSEN1.

Продолжение: Стволовые клетки и болезнь Паркинсона

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

28.02.2017