Ученые МГУ раскрыли молекулярный механизм редкой генетической болезни

Синдром Вискотта – Олдрича — редкое генетическое заболевание, которое встречается в 1–10 случаях на 1 миллион человек по всему миру. Чаще оно проявляется у мужчин, поскольку вызвано мутациями гена WAS, находящегося в X-хромосоме. Этот ген кодирует белок WASP, который присутствует во всех типах клеток крови и отвечает за регуляцию актинового цитоскелета. Клетки крови с нарушенной работой белка WASP хуже распознают внешние факторы. Лейкоциты с поломкой в WASP не способны формировать адекватный иммунный ответ, а тромбоциты развиваются некорректно и склонны преждевременно умирать.

Почему при синдроме Вискотта – Олдрича запускается каскад реакций, приводящих к гибели клетки, было неясно. Коллаборация российских ученых исследовала молекулярные механизмы, протекающие в поврежденных тромбоцитах. «В этой работе мы обнаружили механизм запрограммированной клеточной смерти тромбоцитов при синдроме Вискотта – Олдрича, наследственной болезни, при которой дети умирают от кровотечений, — рассказывает ведущий автор исследования, зав. лабораторией клеточного гемостаза НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева, профессор кафедры медицинской физики физического факультета МГУ Михаил Пантелеев. — Этот механизм связан с нарушением соотношения объема к поверхности тромбоцита, которое ведет к нарушению кальциевого гомеостаза и гибели по пути митохондриального некроза».

Ученые в реальном времени следили за уровнем ионов Ca²⁺ в цитоплазме тромбоцитов детей с синдромом Вискотта – Олдрича, за электрическим потенциалом их мембраны и изменениями сигнальных молекул фосфатидилсерина на ней. В норме молекулы фосфатидилсерина располагаются во внутреннем слое мембраны, обращенном к цитоплазме, однако при запуске каскада реакций программируемой клеточной гибели они перемещаются на внешнюю сторону. Оказалось, что уровень ионов кальция в поврежденных тромбоцитах в состоянии покоя значительно выше, чем у нормальных клеток, поляризация и реполяризация мембраны проходят чаще, а их митохондрии чаще теряют мембранный потенциал; за разрушением последней митохондрии следует экспозиция фосфатидилсерина на внешней стороне мембраны.

Ученым удалось предотвратить запуск механизма программируемой клеточной гибели в нарушенных клетках. Для этого они удалили излишки ионов кальция из клеточного окружения, а также вводили в клетки блокаторы пор митохондриальной мембраны — циклоспорин А или квестоспонгин C. Введение тапсигаргина — вещества, которое не дает клетке откачивать ионы кальция во внутриклеточные депо из цитоплазмы, — наоборот, приводило к скорейшей гибели клетки. Функционирование тромбоцитов также зависело от числа митохондрий: чем меньше их было в клетке, тем скорее запускались механизмы клеточной смерти.

На основе полученных данных ученые построили компьютерную модель. Модель подтвердила, что «благополучие» тромбоцитов напрямую зависит от кальциевого гомеостаза: его нарушение приводит к экспонированию фосфатидилсерина на поверхность митохондриальной мембраны и гибели клетки по пути митохондриального некроза. Нарушение кальциевого гомеостаза, в свою очередь, происходит из-за нарушения соотношения площади поверхности к объему клетки. «Найденный механизм объясняет, почему у детей с синдромом Вискотта – Олдрича мало тромбоцитов, что позволит предложить новые способы их лечения. Кроме того, эти данные проливают свет на механизмы клеточной смерти тромбоцитов даже в здоровых клетках, что пригодится при диагностике и лечении тромбозов и кровотечений», — заключил Михаил Пантелеев. 

Заняться изучением синдрома Вискотта – Олдрича ученым предложили специалисты из Центра детской гематологии им. Дмитрия Рогачева, где лечатся дети с этим заболеванием, и они же предоставили генетически подтвержденные образцы крови пациентов. Помимо исследователей из МГУ и НМИЦ ДГОИ, в работе приняли участие сотрудники Центра теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, МГТУ им. Н.Э. Баумана и МФТИ. 

Микрофотографии тромбоцитов здоровых людей (А) и пациентов с синдромом Викскотта-Олдрича (В, С) в одном масштабе. Сканирующая электронная микроскопия. Credit:  Пресс-релиз | Haematologica. 2019; DOI: 10.3324/haematol.2018.214460