Թունավոր tau-ն նեյրոնից դուրս տեղափոխող գենը միաժամանակ մաքրում է այն և օգնում տարածվել

Նեյրոնի tau-ի առաքման մեքենայի երկակի կյանքը

Ալցհայմերի հիվանդության ժամանակ tau սպիտակուցը տեղում չի մնում։ Հիվանդ նեյրոնի ներսում այն սխալ է ծալվում և կուտակվում խճճված գոյացությունների մեջ, հետո ինչոր կերպ վնասը անցնում է հաջորդ նեյրոնին, ապա հաջորդին՝ տարածվելով ուղեղով այնպիսի պատկերով, որը համընկնում է հիշողության և մտածողության անկման հետ։ Տարիներ շարունակ հենց տարածումը պարզ էր, իսկ մեխանիզմը՝ մշուշոտ․ ինչպե՞ս է tau-ն դուրս գալիս մի բջջից և մտնում մյուսը։

բջիջ-ում հրապարակված ուսումնասիրությունը պատասխանի ուշագրավ մի մասն է տալիս և իսկապես անսպասելի շրջադարձ։ Tau-ն նեյրոնից դուրս տանող «ուղեկիցը» պարզվում է Arc-ն է՝ գեն, որի սպիտակուցն ավելի քիչ է նման սովորական սպիտակուցի և ավելի շատ՝ ընտելացված վիրուսի․ այն դատարկ կապսիդներ է ձևավորում, որոնք բեռ են տեղափոխում ուղեղի բջիջների միջև։ University of Utah-ի Jason Shepherd-ի խմբի ղեկավարած հետազոտողները գտել են, որ Arc-ը բռնում է tau-ն և փաթեթավորում այն արտաբջջային վեզիկուլների՝ նեյրոնների արձակած փոքր թաղանթային պղպջակների մեջ, և որ առանց Arc-ի tau-ի բջջից բջիջ տարածումը գրեթե կանգնում է։

Շրջադարձն այն է, ինչ այս պատմությունը թույլ չի տալիս դարձնել պարզ «չարագործի» պատմություն։ Նույն փաթեթավորումը, որը tau-ն տարածում է առողջ հարևանների վրա, նաև մաքրում է թունավոր tau-ն այն նեյրոնից, որը փաթեթավորում է այն։ Arc-ը պարզապես վնասարար չէ․ այն առաքման մեքենա է, որի երթուղին օգնում է մի բջջին և վնասում հաջորդին։

Ինչ արեցին հետազոտողները

Աշխատանքը շերտավորում է ապացույցների մի քանի տեսակներ, և յուրաքանչյուրն ունի իր սահմանը։

• Կուլտուրացված նեյրոններում։ Համեմատել են սովորական նեյրոնները Arc չունեցող (Arc knockout) նեյրոնների հետ և չափել, թե որքան tau է դուրս գալիս արտաբջջային վեզիկուլներով։ Նաև ստուգել են՝ Arc-ը առանձին կամ գործընկեր սպիտակուցի հետ հետ վերադարձնելը փոխո՞ւմ է tau-ի արտազատումը։

• Մկների մեջ։ Օգտագործել են tauopathy-ի՝ հիվանդությունների այն ընտանիքի, որոնց մեջ նաև Ալցհայմերն է և որտեղ tau-ն սխալ է ծալվում ու կուտակվում ուղեղում, հայտնի մոդել՝ rTg4510 մկները։ Դրանք գենետիկորեն ձևափոխված են մարդու tau-ի մուտանտ (P301L) ձևը գերբարձր արտահայտելու համար, և դրանք խաչասերվել են Arc-knockout մկների հետ։ Հետո ուղեղային հյուսվածքից մաքրել են վեզիկուլները և հարցրել՝ որքան tau են դրանք կրում և այդ tau-ն դեռ կարո՞ղ է «սերմանել» նոր ագրեգացիա։

• Սերմանման փորձի մեջ։ Վեզիկուլները ավելացրել են ռեպորտեր բջիջներին՝ գենետիկորեն նախագծված «բիոսենսորային» բջիջների, որոնք ֆլուորեսցենտ ազդանշանով արձագանքում են, երբ tau-ն սկսում է կուտակվել։ Սա չափում է, թե վեզիկուլային tau-ն որքան ուժեղ է սերմանում նոր ագրեգացիա։

• Մարդու ուղեղային հյուսվածքում։ Հետազոտել են հետմահու նախաճակատային կեղև՝ Ալցհայմեր չունեցող վեց մարդու և առաջադեմ՝ Braak փուլ six Ալցհայմերով վեց մարդու մոտ՝ դիտելով, թե Arc-ը և ֆոսֆորիլացված tau-ն ուղեղային վեզիկուլներում արդյոք միասին են շարժվում։ Այդ համեմատությունը հնարավոր է եղել, որովհետև դոնորներն ու նրանց ընտանիքները ուղեղային հյուսվածք են տրամադրել հետազոտությանը, այդ թվում՝ Ալցհայմեր չունեցող մարդիկ, որոնց հյուսվածքը ապահովել է էական վերահսկիչ խումբը։

• Մոլեկուլային մանրամասներով։ Մաքրված սպիտակուցների և բոլորատոմային սիմուլյացիաների միջոցով ստուգել են՝ Arc-ը ֆիզիկապես կապվո՞ւմ է tau-ին և ինչպե՞ս։

Ինչ գտան

• Arc-ը վճռական է tau-ն վեզիկուլների մեջ բեռնելու համար։ Նեյրոններում Arc-ը knockout անելուց հետո նրանց վեզիկուլների tau պարունակությունը կտրուկ ընկնում է, թեև նեյրոնները շարունակում են նորմալ քանակով վեզիկուլներ արտադրել։ Մկների մեջ Arc չունեցող կենդանիների ուղեղային վեզիկուլները կրել են կտրուկ ավելի քիչ մարդկային tau, և Arc-ի բացակայությունը չի նվազեցրել ընդհանուր վեզիկուլ արտադրությունը։ Այսպիսով խոսքը փաթեթավորման, ոչ «խողովակաշարի» մասին է։

• Arc-ի փաթեթավորած tau-ն սերմանման ունակ է, իսկ Arc-ի բացակայությունը դա խիստ թուլացնում է։ Tau մկների վեզիկուլները ռեպորտեր բջիջներում tau-ի կուտակում են առաջացրել, մինչ Arc-knockout tau մկների վեզիկուլները՝ շատ քիչ։ Հեղինակների բառով, առանց Arc-ի միջբջջային tau փոխանցումը «գրեթե բացակայում էր»։

• Arc-ը ուղղակիորեն կապվում է tau-ին՝ նախընտրելով ֆոսֆորիլացված ձևը։ Մաքրված Arc-ը tau-ին կպել է ուղղակի և ընտրողական փոխազդեցությամբ՝ ավելի ուժեղ, երբ tau-ն ֆոսֆորիլացված էր, այսինքն՝ կրում էր լրացուցիչ ֆոսֆատային քիմիական պիտակներ, որոնք հիվանդության ժամանակ աննորմալ կուտակվում են tau-ի վրա։ Սիմուլյացիաները նկարագրում են ազատ ու փոփոխվող («fuzzy») համալիր, ոչ կոշտ կողպեք։

• Մարդկային Ալցհայմերի ուղեղի վեզիկուլներում Arc-ը հետևում է հիվանդ tau-ին։ Ալցհայմերի նմուշներում Arc-ի և ֆոսֆորիլացված tau-ի մակարդակները միասին բարձրացել և իջել են (կորելացիայի գործակից 0.89, p = 0.01)։ Մեկ առաջադեմ՝ Braak փուլ six Ալցհայմերի ուղեղից ստացված վեզիկուլների immunogold էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներում միայն մի քանի տոկոսն էր կրում և՛ Arc, և՛ tau․ հավանաբար թերագնահատում, քանի որ ավելի մեծ tau պիտակները վատ են ներթափանցում վեզիկուլների մեջ։

• Անակնկալը․ Arc-ի կորուստը նեյրոնները ավելի վատ վիճակում դրեց, ոչ ավելի լավ։ Քանի որ Arc-ը tau-ն դուրս է ուղարկում, այն հեռացնելը ավելի շատ tau է թողել ներսում։ Arc-knockout tau մկները նեյրոնների մեջ ավելի շատ tau են կուտակել և վաղ փուլում ցույց տվել բջջային մահվան համեստ աճ։ Arc-ը առանձին ջնջելը՝ tau տրանսգեն չունեցող մկների մեջ, նման կորուստ չի առաջացրել։ Այսինքն՝ վնասը կախված էր tau-ի ներկայությունից և ներսում կուտակումից։

Ինչ սա չի ապացուցում

Ալցհայմերի վերնագրերը գրեթե ցանկացած այլ ոլորտից ավելի վստահորեն առաջ են վազում ապացույցներից, ուստի սահմանները այստեղ կարևոր են։

• Սա Ալցհայմերի պատճառը չէ։ Սա հիվանդության շատ ավելի մեծ ու դեռ չլուծված պատմության մեջ մեկ քայլի մեխանիզմ է՝ ինչպես է tau-ն վեզիկուլներով դուրս գալիս նեյրոններից։ Tau-ի տարածումը Ալցհայմերի մեկ հատկանիշ է, ոչ նրա սկզբնապատճառը, և tau-ն բեմը կիսում է ամիլոիդի, բորբոքման և այլ գործոնների հետ։

• Սա բուժում չէ և հստակ չի մատնանշում մեկը։ «Դեղով փակենք մեխանիզմը» ակնհայտ քայլը՝ Arc-ը արգելափակելը, հենց այն է, ինչից երկսայր արդյունքը զգուշացնում է․ այս մկների մեջ դա նեյրոնների ներսում ավելի շատ թունավոր tau է թողել։ Այստեղ ցանկացած թերապևտիկ գաղափար շատ ավելի նուրբ է, քան «անջատել Arc-ը», և հոդվածում ոչ մեկը չի փորձարկվել։

• Մկների արդյունքները tau գերբարձր արտահայտման մոդելից են, ոչ բնական հիվանդությունից։ rTg4510 մկները նախագծված են նեյրոնները մուտանտ մարդկային tau-ով հեղեղելու համար։ Դրանք tau-ի տարածումն ուսումնասիրելու ուժեղ ու ստանդարտ գործիք են, բայց մոդելավորում են ինժեներացված գենով պայմանավորված tauopathy, ոչ հիվանդների մեծ մասի սպորադիկ Ալցհայմերը։

• Մարդկային ապացույցը կորելացիա է՝ փոքր նմուշում։ Տասներկու դոնորի ուղեղային վեզիկուլներում Arc-ի և հիվանդ tau-ի միասին շարժվելը համատեղելի է մկների մեխանիզմի հետ, բայց ինքնին չի ցույց տալիս, որ Arc-ը մարդկանց մոտ վարում է tau-ի տարածումը։ Ալցհայմեր չունեցող նմուշների համադրելի կորելացիան վիճակագրական նշանակության չի հասել, իսկ տասներկու ուղեղների կորելացիան մեկնարկային կետ է, ոչ դատավճիռ։

• Վեզիկուլները tau-ի արտազատման ամբողջ պատմությունը չեն։ Tau-ն նեյրոններից դուրս է գալիս նաև ազատ սպիտակուցի և այլ ուղիներով։ Այս հոդվածը ուժեղ փաստարկ է բերում, որ Arc-վեզիկուլ ուղին կարևոր է, ոչ որ այն միակն է։

Որքան ուժեղ են ապացույցները

Կենտրոնական պնդման համար՝ որ Arc-ը tau-ն փաթեթավորում է վեզիկուլների մեջ և դա կարևոր է բջջից բջիջ tau փոխանցման համար, ապացույցները շերտավորված են և փոխադարձաբար ամրապնդող․ ուղղակի ֆիզիկական փոխազդեցություն, կուլտուրացված նեյրոններում ֆունկցիայի կորստի ազդեցություն, նույն կորուստը մկների ուղեղային վեզիկուլներում, ֆունկցիոնալ սերմանման ընթերցում և աջակցող մարդկային կորելացիա։ Մեխանիզմը չի հենվում մեկ փորձի վրա, իսկ «փաթեթավորում, ոչ վեզիկուլ արտադրություն» վերահսկումն այն ստուգումներից է, որը մեկնաբանությունն ավելի մաքուր է դարձնում։

Ավելի թույլ մասը արդյունքի տարածումն է, և հեղինակներն ավելի չափավոր են, քան վերնագիրը կլիներ։ Ամենաուժեղ կապերը ինժեներացված մկների և կուլտուրաների մեջ են։ Մարդկային տվյալները կորելացիոն և բարակ են։ Թերապևտիկ հետևանքը իսկապես երկիմաստ է, որովհետև մեխանիզմը երկու ուղղությամբ է կտրում։ Ազնիվ վստահությունը բարձր է, որ Arc-ը այս համակարգերում կարևոր է վեզիկուլային tau-ի արտազատման համար, և ցածր՝ «Ալցհայմերի պատճառ» կամ «բուժման միջոց» թռիչքների նկատմամբ։

Մի հայտարարագրում պետք է հիշատակվի․ հոդվածի պատասխանատու հեղինակը հայտարարում է այս մեխանիզմին առնչվող առևտրային շահեր՝ մեկ ընկերության համահիմնադիր է, մյուսում բաժնետեր և խորհրդատու, իսկ այդ ընկերությունը լիցենզավորում է Arc կապսիդների վերաբերյալ մտավոր սեփականություն և արտոնագրեր։

Ինչու է սա կարևոր

Եթե tau-ի տարածումը Ալցհայմերի առաջընթացի կարևոր շարժիչ է, ապա tau-ի՝ նեյրոններից դուրս գալու դռները հասկանալը նախապայման է երբևէ այդ տարածումը դանդաղեցնելու համար։ Arc-ը այդ դռներից մեկը անվանելը և, անսպասելիորեն, հասկանալը, որ նույն դուռը նաև օգնում է նեյրոնին թունավոր tau-ն դուրս թափել, խնդրի մի մասը վերաձևակերպում է։ Դա հուշում է, որ վեզիկուլային արտազատման դեմ ուղղված հակա-tau ռազմավարությունները պետք է հաշվի առնեն փոխզիջումը, ոչ մաքուր թիրախը․ կանգնեցրեք արտահանումը և գուցե պաշտպանեք հարևաններին, բայց թունավորեք աղբյուրը։

Այն նաև խորացնում է նեյրոգիտության տարօրինակ ու աճող թեման․ մեր ուղեղը հին վիրուսից վերաօգտագործած գենը գտնվում է և՛ հիշողության, և՛ նեյրոդեգեներացիայի կենտրոնում՝ բեռ տեղափոխելով նեյրոնների միջև թե լավ, թե վատ արդյունքով։ Սա իրական առաջընթաց է հասկանալու մեջ և հենց այն պատճառով, որ վաղ փուլում է ու երկսայր, վատ հիմք է որևէ մեկին բուժում խոստանալու համար։

Կարճ ամփոփում

Հետազոտողները գտել են, որ Arc-ը՝ վիրուսանման գենետիկական տարրից ծագած նեյրոնային գենը, ուղղակիորեն կապվում է tau-ին և փաթեթավորում այն նեյրոնների արձակած արտաբջջային վեզիկուլներում։ Կուլտուրացված բջիջներում և tau մոդելային մկների մեջ Arc-ի հեռացումը կտրուկ նվազեցրել է ուղեղային վեզիկուլներում սերմանման ունակ tau-ի քանակը և գրեթե վերացրել tau-ի փոխանցումը բջջից բջիջ։ Հետմահու Ալցհայմերի ուղեղներում Arc-ի մակարդակները վեզիկուլներում կորելացվել են ֆոսֆորիլացված tau-ի հետ։ Անսպասելի արդյունքն այն է, որ այս փաթեթավորումը երկսայր է․ այն թունավոր tau-ն նեյրոնից դուրս է արտահանում՝ միաժամանակ սերմեր տարածելով մյուսներին, այնպես որ Arc չունեցող մկները իրականում ավելի շատ tau են կուտակել նեյրոնների ներսում և վաղ փուլում բջջային մահվան փոքր աճ են ցույց տվել։ Աշխատանքը նույնականացնում է tau-ի նեյրոնից դուրս գալու մեխանիզմ, որը հիմնականում ցուցադրված է ինժեներացված մկների և բջիջների մեջ՝ աջակցող մարդկային կորելացիայով։ Դա Ալցհայմերի պատճառը չէ, բուժում չէ, և քանի որ Arc-ի արգելափակումը մկների նեյրոնները վատացրել է, պարզ դեղային թիրախ չէ։

Առանց չափազանցության

Ինչ է ցույց տալիս հոդվածը․ Կուլտուրացված նեյրոններում և tau մոդելային մկների մեջ Arc գենը վճռական է սերմանման ունակ tau-ն արտաբջջային վեզիկուլներում փաթեթավորելու և բջիջների միջև փոխանցելու համար։ Arc-ը tau-ին ուղղակիորեն է կապվում, իսկ մարդկային Ալցհայմերի ուղեղային վեզիկուլներում Arc-ի մակարդակները կորելացվում են ֆոսֆորիլացված tau-ի հետ։

Ինչն է հավանական, բայց ապացուցված չէ․ Որ Arc-վեզիկուլ ուղին իրական մարդկային Ալցհայմերի հիվանդության մեջ tau-ի տարածման հիմնական ուղի է։ Մարդկային տվյալները դրան համատեղելի են, բայց կորելացիոն և սահմանափակ։

Ինչ չի ցույց տալիս․ Որ Arc-ը Ալցհայմեր է առաջացնում, որ Arc-ի արգելափակումը կբուժեր այն (այս մկների մեջ, եթե որևէ բան, հակառակը), որ վեզիկուլները tau-ի տարածման միակ ուղին են կամ որ tau գերբարձր արտահայտող մկների արդյունքները ուղղակիորեն տեղափոխվում են սպորադիկ մարդկային հիվանդության վրա։

Հիմնական սահմանափակումները․ Մկների մոդելները գերբարձր արտահայտում են մուտանտ մարդկային tau, մարդկային նմուշը տասներկու հետմահու ուղեղ է՝ կորելացիոն ընթերցմամբ (և վերահսկիչներում ոչ նշանակալի կորելացիայով), ոչ մի թերապիա չի փորձարկվել, իսկ մեխանիզմի երկսայր բնույթը բարդացնում է ցանկացած միջամտություն։

Որքան վստահություն պետք է ունենա սովորական ընթերցողը․ Բարձր վստահություն, որ Arc-ը այս համակարգերում tau-ն փաթեթավորում է վեզիկուլների մեջ և կարևոր է tau-ի արտազատման համար։ Ցածր վստահություն Ալցհայմերի բուժման կամ պատճառը բացատրելու մասին ցանկացած պնդման նկատմամբ։