Гликокаликс эндотелиальных клеток защищает мозг мышей от нейродегенерации

Гликокаликс — это важный компонент клеточной мембраны, представляющий собой слой углеводов и связанных с ними белков и липидов. Он выполняет множество функций, включая сигнальную, транспортную и структурную. Особенно важен гликокаликс эндотелия мозга, где он участвует в поддержании гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) — ключевой структуры, отвечающей за защиту мозга и поддержание его функции. Коллектив ученых из Америки и Китая исследовал связь целостности ГЭБ и структуры гликокаликса при старении и нейродегенеративных заболеваниях.

Для начала исследователи проанализировали гликокаликс сосудистого эндотелия мозга мыши. Сравнение мозга молодых (3 месяца) и старых (21 месяц) животных показало, что слой гликокаликса стал значительно тоньше с возрастом. При помощи транскриптомного анализа и проточной цитометрии ученые выяснили, что с возрастом снижается синтез О-гликанов муцинового типа, входящих в состав гликокаликса. Они отмечают, что это стало неожиданным открытием.

Далее ученые проанализировали данные секвенирования РНК эндотелия мозга у людей с такими нейродегенеративными заболеваниями, как болезнь Альцгеймера и болезнь Гентингтона, и выяснили, что в этих образцах также снижена экспрессия белков, ответственных за O-гликозилирование муцина.

Исследователи провели нокдаун C1galt1 — ключевого фермента в биосинтезе O-гликанов муцинового типа — в эндотелиальных клетках головного мозга мышей. Это привело к снижению уровня гликопротеинов муцина, увеличению проницаемости ГЭБ и проникновению в мозг некоторых молекул из кровотока, таких как альбумин и IgG.

Ферментативное расщепление муцина с помощью бактериальной муциназы StcE у молодых мышей также увеличивало проницаемость ГЭБ и усиливало окислительный стресс — эти показатели ассоциированы со старением и нейродегенеративными заболеваниями. Анализ транскриптома показал, что расщепление муцина снижает активность генов, участвующих в ангиогенезе, сигнальных путях трансформирующего фактора роста (TGFβ) и регуляции окислительного стресса. Ультраструктурный анализ показал, что как нокдаун C1galt1, так и обработка StcE вызывали нарушение плотных контактов, еще больше ослабляя ГЭБ. Таким образом, снижение O-гликозилирования способствует утечке молекул через гематоэнцефалический барьер, что может играть роль в патогенезе нейродегенеративных заболеваний.

Может ли восстановление O-гликозилирования улучшить функцию ГЭБ и гомеостаз мозга у старых мышей? Чтобы это проверить, исследователи снова использовали аденоассоциированные вирусы для оверэкспрессии двух ключевых ферментов гликозилирования — C1GALT1 и B3GNT3 — в эндотелиальных клетках головного мозга.

Оба фермента повышали уровень муциновых гликопротеинов и значительно увеличивали целостность ГЭБ у старых мышей. При этом его проницаемость снижалась до уровней, наблюдаемых у молодых мышей. Однако только оверэкспрессия B3GNT3 улучшила когнитивные функции и память, которые проверяли в поведенческих тестах.

Секвенирование малых ядерных РНК (snRNA) показало, что оверэкспрессия B3GNT3 обращает вспять связанные со старением изменения экспрессии генов, особенно в нейронах и олигодендроцитах. У этих мышей наблюдалась повышенная экспрессия генов, связанных с нейрональным гомеостазом и нейрогенезом, в то время как уровень маркеров воспаления в астроцитах и ​​микроглии снижался.

Эти данные подчеркивают, что восстановление целостности гликокаликса в эндотелии сосудов мозга может оказаться ценной терапевтической стратегией. Возврат проницаемости ГЭБ к нормальному уровню способен уменьшать нейровоспаление и способствовать сохранению когнитивных функций при старении и нейродегенеративных заболеваниях.

Микроглия восстанавливает поврежденные сосуды мозга под действием интерлейкина 6