Система комплемента и микроглия опосредуют раннюю потерю синапсов при болезни Гентингтона

Болезнь Гентингтона — нейродегенеративное заболевание, для которого характерны непроизвольные движения конечностей, нарушение памяти и когнитивных функций. Молекулярной причиной развития данного заболевания является увеличение числа CAG-повторов в гене гентингтина (HTT). В настоящее время не существует методов лечения, которые бы предотвращали или замедляли прогрессирование заболевания. Авторы новой работы, опубликованной в Nature Medicine, изучили роль системы комплемента и микроглии в ранней потере кортикостриатальных синапсов у пациентов с болезнью Гентингтона. Предположение о наличии такой связи было сделано на основе ранних работ с мышиными моделями болезни Альцгеймера и лобновисочной деменции.

Чтобы проверить, характерна ли потеря кортикостриатальных синапсов для болезни Гентингтона, авторы работы изучили глутаматергические возбуждающие синапсы в посмертной ткани хвостатого ядра полосатого тела и мозжечка пациентов с болезнью Гентингтона и контролей. С помощью иммуногистохимического анализа кортикостриатальные синапсы определялись по совместной локализации постсинаптического маркера Homer1 и пресинаптического кортикостриатного маркера VGLUT1. Авторы показали прогрессирующую потерю синапсов в хвостатом ядре полосатого тела у пациентов с болезнью Гентингтона. При изучении мозжечка не было обнаружено снижения количества синапсов. Это подтверждает данные о том, что мозжечок затронут в меньшей степени при болезни Гентингтона.

Далее авторы работы выяснили, могут ли белки комплемента способствовать потере кортикостриатальных синапсов. Для этого они измерили уровень С3 и его активированного компонента iC3b, который действует как опсонин и связывается с рецептором комплемента 3 (CR3). CR3 экспрессируется исключительно миелоидными клетками мозга. Экстракты из бледного шара — одной из структурных частей полосатого тела — у пациентов с болезнью Гентингтона показали более высокие уровни C3 и iC3b по сравнению с контрольными образцами.

Анализ микроглии в тканях пациентов с болезнью Гентингтона показал сдвиг этих клеток в сторону фагоцитарного фенотипа и амебоидной морфологии. Также клетки микроглии обладали более высоким уровнем CR3 и лизосомального маркера CD68.

Для проверки возможности комплемент-опосредованной микроглиальной элиминации синапсов при болезни Гентингтона была проведена количественная RT-PCR. Авторы показали, что уровни транскриптов C3 и CR3 были повышены по сравнению с контролем. Эти результаты свидетельствуют о селективной и прогрессирующей потере кортикостриатальных синапсов у пациентов с болезнью Гентингтона, что сопровождается повышением уровня белков системы комплемента, их активацией, а также фенотипическими изменениями в микроглии.

Также авторы количественно оценили кортикостриатальные синапсы вместе с популяцией таламостриатальных синапсов в дорсолатеральной части полосатого тела мышиных моделей zQ175 с нокином и трансгенных мышей BACHD.

Авторы обнаружили примерно на 50% меньше кортикостриатальных синапсов в дорсолатеральной части полосатого тела у семимесячных мышей zQ175. Иммуноблот подтвердил снижение уровня синаптических маркеров в полосатом теле. Чтобы проверить, происходит ли потеря синапсов до появления двигательных и когнитивных нарушений, авторы повторили анализ на трехмесячных мышах zQ175 и по-прежнему наблюдали значительное снижение количества кортикостриатальных синапсов.

В полосатое тело поступают возбуждающие сигналы из коры головного мозга и таламуса. Эти сигналы можно различить по окраске пресинаптических везикулярных белков VGLUT1 и VGLUT2. Используя антитела к этим маркерам, исследователи обнаружили, что у трехмесячных мышей zQ175 были утрачены кортикостриатальные, но не таламостриатальные синапсы. Эти результаты показывают, что потеря кортикостриатальных синапсов является ранним событием в патогенезе болезни Гентингтона у мышиных моделей и возникает до появления двигательных и когнитивных нарушений.

Далее авторы работы окрашивали срезы мозга мышей антителами к компонентам системы комплемента C1q и C3 и маркерам кортикостриатальных и таламостриатальных синапсов. Более высокий процент синапсов, колокализованных с C1q и C3, был обнаружен в дорсолатеральной части полосатого тела у семимесячных мышей zQ175 и BACHD по сравнению с контрольными мышами. В полосатом теле трехмесячных мышей zQ175 уровень CR3 был значительно повышен и локализован на отростках микроглии. Эти опыты продемонстрировали, что белки системы комплемента локализуются специфически в уязвимых кортикостриатальных синапсах до появления двигательных и когнитивных нарушений, и что уровни их рецепторов повышены на клетках микроглии.

Чтобы определить, требуется ли мутантный гентингтин для потери кортикостриатальных синапсов, авторы провели количественную оценку плотности синапсов, отложения белков системы комплемента и поглощения микроглией синаптических элементов у мышей BACHD, у которых мутантный гентингтин был удален из коры головного мозга, полосатого тела или из обеих структур мозга. Генетическая делеция мутантного гентингтина во всех трех моделях полностью устраняет потерю синапсов, обычно наблюдаемую у мышей BACHD. Экспрессия мутантного гентингтина в нейронах коры головного мозга необходима для начала отложения белков системы комплемента, микроглиального захвата синаптических элементов и потери синапсов.

Чтобы предотвратить взаимодействие клеток микроглии с белками системы комплемента, исследователи генетически удалили CR3 у мышей zQ175. В результате количество кортикостриатальных синапсов, присутствующих в дорсолатеральной части полосатого тела, увеличилось на 60% по сравнению с мышами zQ175, экспрессирующими CR3.

Для снижения отложения белков системы комплемента авторы внутрибрюшинно вводили анти-C1q моноклональное антитело — ANX-M1 — четырехмесячным мышам zQ175 и их здоровым сородичам в течение одного месяца. ANX-M1 предотвращает связывание C1q со своими субстратами и последующую активацию протеаз C1r и C1s, что приводит к подавлению активации классического пути системы комплемента. Иммуноферментный анализ подтвердил, что в сыворотке крови мышей, получавших ANX-M1, содержалось значительно меньше несвязанного C1q по сравнению с мышами, получавшими контрольный IgG.

Лечение антителом, блокирующим функцию C1q, уменьшило отложение компонента C3 системы комплемента в дорсолатеральной части полосатого тела мышей zQ175 примерно на 60% и увеличило количество кортикостриатальных синапсов на 70% по сравнению с лечением контрольным IgG.

По мнению авторов, новая работа может стать ключом к разработке диагностических тест-систем для болезни Гентингтона до появления первых двигательных нарушений, а также новых методов терапии.

CAG-повторы в РНК переходят в состояние геля и подавляют биосинтез белка