Новый метод может помочь ученым впервые «увидеть» белки, которые могут вызвать болезнь Паркинсона (БП) в тканях человеческого мозга.
Прогнозируется, что к 2050 году болезнь Паркинсона, второе по распространенности нейродегенеративное заболевание , поразит 25,5 миллионов человек во всем мире.
Хотя лекарственные препараты и методы лечения, такие как глубокая стимуляция мозга, могут облегчить некоторые симптомы болезни Паркинсона, лекарство от нее пока не найдено, в основном из-за сложности изучения патофизиологии этого заболевания.
В мозге пациентов с болезнью Паркинсона (БП) наблюдается наличие крупных белковых агрегатов, известных как тельца Леви. Эти белковые «скопления» нарушают нормальную работу нейронов, особенно в области, известной как чёрная субстанция, которая важна для координации движений.
Ученые долгое время считали, что причиной заболевания на самых ранних стадиях являются гораздо более мелкие белки-предшественники, известные как олигомеры α-синуклеина.
Есть только одна проблема: они настолько малы, что исследователям не удалось визуализировать олигомеры непосредственно в мозговой ткани человека. Существующие методы не обладают необходимой чувствительностью, поэтому имеющиеся данные об их потенциальной роли в развитии болезни Паркинсона в основном получены на животных моделях.
Профессор Стивен Ли и его коллеги из Кембриджского университета, Университетского колледжа Лондона, Института Фрэнсиса Крика и Политехнического университета Монреаля разработали решение: усовершенствованное обнаружение агрегатов при болезни Паркинсона, или сокращенно ASA-PD.
ASA-PD — это новая оптическая платформа обнаружения и анализа, которая позволяет количественно определять плотность, распределение и размер агрегатов белков непосредственно в тканях мозга человека после смерти с помощью сверхчувствительной флуоресцентной микроскопии.
В журнале Nature Biomedical Engineering Ли и его команда проиллюстрировали свою методику на 15 образцах мозговой ткани, полученных посмертно от пациентов с болезнью Паркинсона, и на 15 образцах от здоровых лиц контрольной группы.
В образцах было получено около 1,2 миллиона олигомеров, что позволило получить крупнейший на сегодняшний день набор данных о распространенности, распределении и пространственном расположении агрегатов α-синуклеина в мозге пациентов с болезнью Паркинсона.
«Впервые нам удалось рассмотреть олигомеры непосредственно в мозговой ткани человека в таком масштабе: это как увидеть звёзды средь бела дня», — сказала соавтор исследования Ребекка Эндрюс, бывший научный сотрудник лаборатории Ли. «Это открывает новые горизонты в исследованиях болезни Паркинсона».
Используя ASA-PD, исследователи смогли увидеть, что олигомеры экспрессируются как в мозге больных PD, так и у здоровых лиц контрольной группы, но в мозге больных PD они крупнее.
«Их присутствие в контроле и патологии позволяет предположить, что небольшие агрегаты α-синуклеина олигомеризуются в физиологических условиях, где их образование и выведение поддерживаются в равновесии системой гомеостаза белков», — говорят авторы.
В мозге пациентов с болезнью Паркинсона также наблюдалась экспрессия определенного типа олигомера, который не экспрессировался у здоровых людей.
«Эти результаты свидетельствуют о том, что небольшая доля физиологических олигомеров, обнаруживаемых у здоровых людей, может претерпевать переход в патологические крупные олигомеры, обнаруживаемые при болезни Паркинсона», — пояснили Ли и его коллеги. «После того, как этот переход произошёл, эти патологические олигомеры могут в конечном итоге продолжить агрегацию и превратиться в фибриллярные структуры, обнаруживаемые в тельцах Леви и невритах Леви».
ASA-PD может быть интегрирована с другими сложными белковыми технологиями, включая методы анализа отдельных клеток и пространственного РНК . Исследователи прогнозируют, что более широкое применение этого метода поможет лучше понять патофизиологические механизмы, лежащие в основе не только болезни Паркинсона, но и других нейродегенеративных заболеваний, характеризующихся агрегацией белков.
