Нейродегенерация

Известно, что одним из многих факторов, сопровождающих процессы биологического старения и возрастных дегенеративных изменений, является механизм свободнорадикального окисления. В новом исследовании научных сотрудников Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, представлены данные о том, что нейрональные наслоения коротких фрагментов РНК, накопление которых является результатом свободнорадикальных процессов в клетках, могут служить своеобразным маркером начала нейродегенеративных изменений и блокировать нормальные процессы синтеза протеинов. Статья, в которой приведены основные положения работы, опубликована в издании «Cell Reports» 27 ноября 2018.

Фрагментацию РНК с изменением функциональности нейронов ученые наблюдали как в эксперименте на животных, так и при исследовании тканей человека, прежде всего в структурах участки стриатума мозга, связанных с развитием таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона. Комментируя описанное явление, руководитель научного проекта Кристофер Бурдж (Christopher Burge), профессор биологии Массачусетского технологического института, отметил: «На самом деле мозг отличает необычайная метаболическая активность, которая со временем формирует основу для накопления и проявлений негативных последствий процессов окисления. Однако подобные явления могут быть более ярко выражены только в отдельных структурах мозга. Указанный феномен ранее не рассматривался в качестве прямого следствия оксидативного стресса, который влияет на сотни тысяч генов, изменяя регуляцию процессов трансляции РНК на глобальном уровне организма в целом».

В своем исследовании авторы впервые ввели новую технологическую разработку, которая позволяет изолированно наблюдать последовательность мессенджера РНК от отдельных типов клеток. Мессенджер РНК кодирует информацию по синтезу протеинов рибосом. Техника, предложенная исследователями, заключается во флюоресцентной маркировке рибосом определенного типа клеток, что позволяет выделять только определенные фрагменты РНК из соответствующих клеток и в дальнейшем идентифицировать протеины, которые синтезируются отдельными клетками. Задачей исследования стал поиск различий экспрессии генов двух типов клеток с участка corpus striatum головного мозга лабораторных животных двух групп - в возрасте 6 недель и 2 года. Изучая особенности генетической экспрессии в указанных типах клеток, исследователи планировали выявить возможные черты возрастных изменений, влияющих на физиологические процессы транскрипции и синтеза протеинов.

Так, в результате экспериментальных наблюдений установлено, что в проекционных нейронах D1 животных старшего возраста наблюдались сотни генов, информация о которых была закодирована только в коротких фрагментах первичной последовательности мРНК. Эти фрагменты, которые известны также как 3'-нетранслирующие последовательности нуклеотидов (3'UTR), были прикреплены к рибосомам, что препятствовало физиологическому синтезу протеинов. В дальнейшем исследователями установлено, что активация путей ответа на окислительный стресс была значительно выше в нейронах D1 по сравнению с нейронами D2, что, по мнению ученых, свидетельствовало о том, что названные нейроны действительно испытывают большее влияние свободнорадикального окисления.

Наряду с этим, изучая изменения в тканях головного мозга человека, исследователи установили, что количество фрагментов 3'UTR постепенно увеличивается с возрастом, что подтверждает предложенное ими объяснение модели постепенного повреждения в результате воздействия факторов свободнорадикального окисления.

Выводы исследователей и предложенная модель свидетельствуют о том, что синтез фрагментов 3'UTR является проявлением деградации нормальной физиологической и функционально активной мРНК. Указанные изменения приводят к уменьшению синтеза протеинов, которые кодируются пораженными участками генов. При этом накопление фрагментов 3'UTR с прикрепленными к ним рибосомами также формирует предпосылки блокады синтеза других белков. Подводя итоги, ученые отметили, что обнаруженная в исследовании разновидность клеточной деградации может сочетаться с влиянием генетических факторов и факторов окружающей среды, инициируя изменения когнитивных возможностей и даже служа триггером нейродегенеративных процессов, например болезни Паркинсона. В дальнейших исследованиях ученые надеются на изучение причин и последствий накопления нетранслирующих фрагментов 3'UTR.