Нанопластик способствует агрегации альфа-синуклеина

Недавнее исследование показало, что в крови большинства взрослых испытуемых содержался микропластик, а его концентрация примерно в четверти образцов составляла от 1 до более 4 мкг/мл. Согласно другим исследованиям, наночастицы полистирола, покрытые модифицированным полиэтиленимином, могут способствовать нуклеации α-синуклеина, играющего важную роль в развитии болезни Паркинсона. В Science Advances вышло исследование американских и шведских ученых, посвященное потенциальной роли анионных (отрицательно заряженных) частиц нанопластика в агрегации α-синуклеина. Исследование показало, что анионный нанопластик может образовывать комплексы с α-синуклеином, а также препятствовать его метаболизму в лизосомах нейронов.

В первую очередь авторы изучили способность нанопластика связывать молекулы α-синуклеина. Для этого они смешали мономерный α-синуклеин в высокой концентрации (около 1 мг/мл) с частицами нанопластика диаметром около 39,5 нм в концентрации 1 нМ. Смесь инкубировали при температуре 37°C в течение 24 дней. Уже на третий день инкубации мономерного α-синуклеина с нанопластиком образовались агрегаты. Агрегация синуклеина без добавления нанопластика началась на 10-й день инкубации, а к 24-му дню количество агрегатов в обоих образцах было одинаковым.

Результаты анализа связывания с использованием динамического рассеяния света (DLS) показали, что одна частица нанопластика может образовывать стабильный комплекс с более чем 100 мономерами α-синуклеина в течение нескольких минут при комнатной температуре. Также было показано, что нанопластики могут связывать не только мономеры, но и фибриллы α-синуклеина. При этом связывание молекул белка с частицами нанопластика зависит от заряда: добавление 400 нМ хлорида натрия к раствору перед инкубацией нанопластика с α-синуклеином блокировало их взаимодействие.

Используя методы молекулярно-динамического моделирования, ученые создали модель образования комплекса α-синуклеина с нанопластиком. Если заменить анионный нанопластик на нейтрально заряженный или катионный, то комплекс не образовывался. Поскольку амфипатический и NAC-гидрофобный домены α-синуклеина богаты положительно заряженными остатками лизина, ученые предположили, что связывание этого белка с анионным нанопластиком происходит за счет этих участков.

Чтобы проверить предположение, авторы удалили амфипатический домен в молекулах α-синуклеина, в результате чего такой белок не связывался с нанопластиком. Все это позволяет предположить, что в основе связи α-синуклеина с нанопластиком лежат специфические взаимодействия, а не пассивное адсорбционное взаимодействие.

Далее авторы изучили механизмы проникновения нанопластика в нервные клетки. Для этого культуру зрелых нейронов гиппокампа инкубировали с нанопластиками различного размера и ингибиторами разных типов эндоцитоза. Клатрин-зависимые блокаторы эндоцитоза Dynasore и PitStop2 эффективно снижали поступление нанопластика в нейроны. Из этого можно сделать вывод, что нейроны, по крайней мере зрелые нейроны гиппокампа, способны поглощать нанопластик путем клатрин-опосредованного эндоцитоза.

Также было изучено влияние нанопластика на деградацию α-синуклеина в лизосомах. Используя флуоресцентно меченный α-синуклеин, флуоресцирующий только при протеолитическом расщеплении, авторы обнаружили, что добавление нанопластика в культуру нейронов снижает способность лизосом расщеплять α-синуклеин. Причем при смешивании α-синуклеина, расщепляющей его протеазы и нанопластика в пробирке нанопластик не препятствовал протеолизу. Помимо нарушения функций лизосом, нанопластик не оказывал негативного воздействия на нейроны.

Флуоресцентно меченный нанопластик добавляли в культуру нейронов совместно с флуоресцентно меченным α-синуклеином и наблюдали их колокализацию в лизосомах в течение 12 часов. Кроме того, совместное поглощение нейронами α-синуклеина и нанопластика в концентрации около 10 мкг/мл приводило к накоплению патологической формы α-синуклеина pS129. Более низкие концентрации нанопластика не вызывали такого эффекта, как и добавление в культуру α-синуклеина без нанопластика.

При инъекции нанопластика непосредственно в головной мозг мыши не наблюдалось распространения частиц в тканях мозга, а фибриллярный α-синуклеин, напротив, активно распределялся и накапливался в нейронах коры головного мозга, таламуса и миндалевидного тела, а также в дофаминергических нейронах компактной части черной субстанции. При этом совместная инъекция нанопластика и фибрилл α-синуклеина способствовала распространению нанопластика в тканях головного мозга и колокализации с α-синуклеином. Введение нанопластика без фибрилл α-синуклеина в 3 из 10 случаев приводило к образованию de novo патологического pS129-α-синуклеина в мозге мышей.

Таким образом, исследование раскрывает влияние нанопластика на метаболизм α-синуклеина в нейронах и его способность образовывать устойчивые комплексы с этим белком. Полученные результаты дают основания для изучения роли частиц нанопластика в патогенезе болезни Паркинсона.

В тканях человеческого сердца найден микропластик