Для наследственных прионных заболеваний характерна аномальная структура синапсов

Большая часть случаев прионных заболеваний возникает спорадически, но есть и генетически обусловленные прионные болезни: у человека это болезнь Крейтцфельдта — Якоба, синдром Герстмана — Штраусслера — Шейнкера и фатальная семейная бессонница. Они ассоциированы с мутациями в гене PRNP, который кодирует белок PrP^C. Считается, что причина прионных болезней — аномальное изменение структуры PrP (например, формирование PrP^Sc, где Sc происходит от слова scrapie — почесуха, прионное заболевание овец), в результате чего белок приобретает новые токсичные свойства.

В случае наследственных прионных заболеваний до сих пор не совсем понятно, как именно мутации в гене PRNP приводят к возникновению заболевания. Узнать детали патогенеза трудно еще и потому, что в основном исследования прионов проводятся на животных, причем часто — в условиях оверэкспрессии белка. В результате полученная картина не соответствует тому, что на самом деле происходит в мозге человека. Например, известно, что в условиях оверэкспрессии даже нормальный PrP^C токсичен для мозга и неправильно сворачивается. Ученые из США и Израиля оценили влияние одной из самых часто встречающейся мутаций в гене PRNP, используя нейроны, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациентов (иПСК).

Донорами клеток для получения иПСК стали 22 члена израильской семьи, из которых 11 были носителями мутации E200K в PrP. На момент исследования ни у кого из семьи не было проявлений болезни Крейтцфельдта — Якоба, хотя у одного члена семьи позже и появились симптомы деменции за два года до смерти. Для получения иПСК ученые использовали мононуклеарные клетки периферической крови. Затем они дифференцировали клетки десяти линий и еще двух контрольных в пирамидальные нейроны коры головного мозга по двум протоколам: через подавление сигнального пути SMAD/TGFβ и через экспрессию транскрипционного фактора нейрогенина 2. Для контроля ученые также получили две коизогенные линии, в которых с помощью CRISPR/Cas9 исправили мутацию в гене PRNP.

Посмертные образцы показывают, что при болезни Крейтцфельдта — Якоба, вызванной мутацией E200K, в мозге пациентов накапливается PrP^Sc или другие формы белка PrP с аномальной структурой, причем обычно этот белок нерастворим и устойчив к действию протеаз. То же наблюдается в мозге трансгенных мышей или в клеточных линиях. Несмотря на это, PrP из лизатов нейронов, полученных из иПСК, оказался чувствительным к протеиназе К — протеазе с широкой специфичностью — и растворимым в детергентах. Получив такие результаты, ученые предположили, что патологическая форма PrP присутствует в нейронах, полученных из иПСК пациентов, в слишком малых количествах. Тогда они обратились к методу RT-QuIC, который позволяет измерить способность белка к прионоподобному распространению. Однако PrP из лизатов нейронов не был склонен к такому поведению.

Известно, что нормальный PrP может взаимодействовать с NMDA-рецепторами — рецепторами глутамата, которые экспрессируются на постсинаптической мембране. Аномальные формы PrP могут чрезмерно активировать эти рецепторы, что приводит к эксайтотоксичности, а она, в свою очередь, — к гибели нейронов и разрушению синапсов. Исследователи изучили синапсы, образуемые нейронами, полученными из иПСК пациентов. С помощью иммуноокрашивания они оценили локализацию одной из субъединиц NMDA-рецептора и белка PSD95, который служит скаффолдом, заякоривающим этот рецептор в постсинаптической мембране. Оказалось, что в нейронах с мутацией в гене PRNP эти белки не располагались вместе, что указало на нарушение структуры синапсов при наследственной форме болезни Крейтцфельдта — Якоба. В нейронах, полученных из иПСК пациентов, не являющихся носителями патогенной мутации, а также в коизогенных линиях того эффекта не наблюдалось. Исследователи предположили, что NMDA-рецепторы оказываются локализованы в несинаптических областях на поверхности нейрона, а не в самом синапсе, что может усугублять эксайтотоксичность.

Ученым еще предстоит подробнее исследовать влияние мутации E200K на течение генетически обусловленных прионных болезней. Пока же авторы статьи предположили, что для их лечения можно использовать блокаторы NMDA-рецепторов. Сейчас такие вещества используются для лечения болезни Альцгеймера, а опыты на культурах мышиных нейронов показали, что эти молекулы помогают бороться с токсичными эффектами от прионов.

Эпидемия куру повлияла на миграции женщин в Восточном высокогорье Новой Гвинеи