Агрегаты белка гентингтина нарушают целостность ядерной оболочки

При болезни Гентингтона (БГ) происходит экспансия повторов CAG в экзоне 1 гена гентингтина. В результате экспрессируются белки со множеством глутаминовых последовательностей и образуются агрегаты. До сих пор не до конца ясны механизмы развития этой патологии. Однако БГ ассоциирована с рядом клеточных дефектов, таких как снижение контроля качества белков, дерегуляция транскрипции и нарушение барьерной функции ядерной оболочки. Это, а также аномалии ядерной пластинки, наводит на мысль о разрыве ядерной оболочки, ведь ранее уже было показано, что агрегаты белков могут нарушать мембраны органелл. Но прямых свидетельств нарушения целостности ядерной оболочки при БГ получено не было.

Ученые из Нидерландов экспрессировали различные формы экзона 1 гентингтина в клетках, содержащих красный флуоресцентный белок в ядрах (клетки остеосаркомы U2OS). Белок с большим количеством повторов и сигналом ядерной локализации формировал ядерные агрегаты. Белок без сигнала ядерной локализации агрегировал в цитоплазме. Визуализация живых клеток в течение восьми часов показала, что присутствие ядерных агрегатов связано с потерей целостности ядерной оболочки и выходом красного флуоресцентного белка из ядра. В каждой клетке присутствовало несколько разрывов и признаки починки.

Экспрессия белка в цитозоле или его неагрегирующая форма провоцировали появление очень небольшого количества разрывов оболочки. Агрегаты в цитозоле могли деформировать ядро, но не разорвать его оболочку.

Обычно разрывы ядерной оболочки быстро чинятся. Однако авторы наблюдали множество случаев, когда целостность оболочки утрачивалась надолго под действием агрегатов. Также авторы показали, что клетки с разрывом ядерной оболочки обычно не теряли мембранный потенциал митохондрий, то есть клетки не всегда погибали в процессе.

Исследователи предположили, что агрегаты деформируют и разрывают пластинку и ядерную оболочку. Так, нарушение целостности оболочки происходит рядом с агрегатами. Авторы показали деформацию пластинки, а также образование «шрама» после разрыва.

На ядра действует также цитоскелет. Авторы предположили, что эти силы тоже участвуют в разрыве оболочки. Действительно, по-видимому, агрегаты дестабилизируют ядерные пластинку и оболочку, а давление, оказываемое на ядро цитоскелетом, приводит к появлению разрывов. Частота и эффективность починки ядерной оболочки снижены, хотя факторы починки аккумулируются возле разрывов.

БГ в основном влияет на нейроны, поэтому дальнейшие эксперименты проводили с нейронами гиппокампа крысы. Как и в ранних опытах, было показано, что белок со множеством повторов и с сигналом ядерной локализации образует агрегаты в ядре. Интересно, что белки с повторами без такого сигнала образовывали агрегаты и в цитоплазме, и в ядре. Как и в клетках U2OS, агрегаты приводили к разрывам ядерной оболочки нейронов и долгосрочной потере ее целостности.

Таким образом, агрегация белка в цитозоле и в ядре деформируют ядерную пластинку, но агрегация в ядре намного чаще ведет к разрывам ядерной оболочки. Это может привести к смешению содержимого ядер и цитоплазмы, дерегуляции транскрипции и даже повреждению ДНК. Все эти признаки нарушения целостности ядерной оболочки ранее уже находили в моделях БГ. Авторы считают, что подобные процессы могут происходить и при других нейродегенеративных заболеваниях.

Аномалии в сосудах мозга позволяют обнаружить болезнь Гентингтона еще до развития симптомов