Тельца Леви в нейронах при болезни Паркинсона образуются из-за нейровоспаления

Характерная черта паркинсонизма — тельца Леви. Обычно считалось, что эти внутриклеточные включения в основном состоят из альфа-синуклеина и из других белков. Новые же данные показывают, что тельца Леви состоят из разных компартментов, отделенных друг от друга мембранами, и даже содержат фрагменты органелл. Авторы статьи в Nature Neuroscience также продемонстрировали, что в образовании телец Леви важную роль играет иммунная система.

Обычно тельца Леви исследуют в посмертных образцах тканей мозга. В новом исследовании для этого получили из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток здорового донора (иПСК) дофаминергические нейроны — именно они в основном поражаются при паркинсонизме. Их культивировали вместе с уже сформированными фибриллами альфа-синуклеина, а также презентовали нейронам «иммунный вызов»: добавляли в среду провоспалительные цитокины либо выращивали их совместно с активированной микроглией — иммунными клетками мозга.

Сначала дофаминергические нейроны культивировали в среде с интерфероном-гамма и сформированными фибриллами альфа-синуклеина. Посредством макропиноцитоза клетки поглощали фибриллы альфа-синуклеина, которые затем перемещались в лизосомы и мультивезикулярные тельца. После добавления в среду интерферона в нейронах стали заметны включения, похожие на тельца Леви. Они находились в периядерном пространстве и содержали не только альфа-синуклеин, но также митохондрии и лизосомы. Наиболее сформированные тельца Леви появлялись на 10-14-й день культивирования.

Подобного эффекта не наблюдалось, когда нейроны выращивали в среде, содержащей только фибриллы альфа-синуклеина или только интерферон, зато аналогичная картина была при использовании другого провоспалительного цитокина — IL-1β. Если никакого цитокина не добавляли, телец Леви не было даже на 30-й день культивирования с фибриллами альфа-синуклеина.

Активированная микроглия вырабатывает провоспалительные цитокины: TNF, IL-1β, IFN-γ. Чтобы выяснить, может ли образование телец Леви при паркинсонизме быть вызвано взаимодействием микроглии и нейронов, дофаминергические нейроны выращивали совместно с активированной липополисахаридом микроглией в среде, содержащей сформированные фибриллы альфа-синуклеина. В таких нейронах тоже вырабатывались тельца Леви. Обратная картина наблюдалась, когда нейроны, ранее культивированные с интерфероном и альфа-синуклеиновыми фибриллами, выращивали совместно с астроцитами — эти клетки могут снижать клеточный стресс при нейровоспалении. В этом случае в нейронах снижалось количество поглощенных фибрилл.

Образование телец Леви оказалось специфичным для дофаминергических нейронов. Из той же линии иПСК ученые получили нейроны коры переднего мозга и провели с ними аналогичные эксперименты. Однако ни в кортикальных нейронах, ни в других возбуждающих нейронах, ни в клетках нейробластомы (линия SH-SY5Y), глиобластомы (U87) или остеосаркомы (U2OS) тельца Леви в тех же условиях не образовывались.

Образование телец Леви было возможно, только если сами нейроны могли вырабатывать альфа-синуклеин. Это ученые продемонстрировали, когда получили иПСК от пациента с трипликацией гена альфа-синуклеина SNCA; в них сделали двойной нокаут, чтобы получить клетки с диким фенотипом, и четверной нокаут, чтобы получить клетки без альфа-синуклеина вообще. В итоге от уровня фосфорилированного альфа-синуклеина в клетке зависело, будут ли в ней образовываться тельца Леви из поглощенных фибрилл альфа-синуклеина. Например, в клетках с тройной копией SNCA похожие агрегаты образовывались даже без воздействия провоспалительных цитокинов, а в клетках с полным нокаутом фибриллы альфа-синуклеина практически не детектировались.

Одного только эндогенного альфа-синуклеина могло быть достаточно для образования телец Леви. Ученые трансдуцировали нейроны дикого типа аденовирусом, несущим ген альфа-синуклеина, а затем обработали их интерфероном. В итоге в клетках появились включения, похожие на тельца Леви, содержащие фосфорилированный альфа-синуклеин, и для их образования нейронам не требовалось поглощать фибриллы белка извне.

Далее исследователей заинтересовал вопрос механизма образования телец Леви. Накопление олигомерного альфа-синуклеина связано с нарушением работы эндо/лизосомальной системы. Оказалось, что лизосомы, в которые попадают поглощенные извне фибриллы альфа-синуклеина, повреждаются, и неправильно сложенный белок попадает в цитозоль. Вместе с тем в условиях нейровоспаления в дофаминергических нейронах снижается экспрессия гликопротеинов лизосомальной мембраны LAMP1 и LAMP2, транскрипционных факторов TFEB и NRF2. Также в клетках наблюдался окислительный стресс.

Кроме того, в дофаминергических нейронах нарушен процесс аутофагии: аутофагосомы образуются, накапливают в себе фрагменты органелл, но клетки не могут «переварить» их содержимое. Помимо органелл в них также содержались поглощенные фибриллы альфа-синуклеина. Основываясь на этом, ученые заключили, что наблюдаемые ими тельца Леви представляют собой аутофагосомы, функция которых была нарушена.

Образование телец Леви предотвращалось, если нейроны обрабатывали периллальдегидом — активатором NRF2, который улучшает активность лизосом. Обработка проводилась через день после внесения в среду интерферона. Периллальдегид восстанавливал экспрессию LAMP1, LAMP2, TFEB и NRF2, что нормализовало функцию лизосом и предотвращало образование внутриклеточных включений.

Особенно важным в процессе образования телец Леви оказался гликопротеин лизосомальной мембраны LAMP2, который также играет ключевую роль в аутофагии. Именно он ответственен за слияние лизосом и «переваривание» содержимого аутофагосом. Если в дофаминергических нейронах проводили нокдаун LAMP2, а затем культивировали их с фибриллами альфа-синуклеина в среде, то тогда в клетках образовывались тельца Леви, и для этого даже не требовалось нейровоспаления. Тот же эффект наблюдался при нокауте GBA — гена бета-глюкоцереброзидазы, фермента, который содержится в лизосомах и также важен в аутофагии.

Ученые заключили, что нейровоспаление приводит к дисфункции лизосом и процесса аутофагии, из-за чего, в свою очередь, в дофаминергических нейронах даже здоровых людей могут образоваться тельца Леви.

Репрограммированные нейроны из клеток кожи оказались лучшей моделью болезни Паркинсона