Naukowcy z Penn State dokonali przełomowego odkrycia, które rzuca nowe światło na mechanizmy powstawania chorób neurodegeneracyjnych, w tym choroby Alzheimera. Zidentyfikowali oni wewnątrz neuronów strukturę pełniącą funkcję „strażnika”, która kontroluje procesy wchłaniania substancji przez komórki mózgowe. Zrozumienie działania tego mechanizmu może otworzyć drogę do opracowania zupełnie nowych metod terapeutycznych.
Ukryty szkielet jako kontroler ruchu komórkowego
Komórki mózgowe nieustannie pobierają z otoczenia składniki odżywcze, cząsteczki sygnałowe oraz fragmenty własnych błon. Proces ten, zwany endocytozą, jest niezbędny dla prawidłowego funkcjonowania neuronów, uczenia się i zapamiętywania. Badacze wykazali, że kluczową rolę w regulacji tego zjawiska odgrywa membrana-zależny szkielet okresowy (MPS), czyli struktura przypominająca siatkę, znajdująca się tuż pod powierzchnią neuronu.
Choć o istnieniu MPS wiedziano już wcześniej, dotychczas uważano go jedynie za pasywny element podtrzymujący kształt komórki. Najnowsze badania, opublikowane na łamach Science Advances, dowodzą jednak, że struktura ta działa jak aktywny „strażnik”. Zbudowana z powtarzających się pierścieni białkowych siatka decyduje o tym, kiedy i w jakim tempie substancje mogą przenikać do wnętrza neuronu.
Dla wielu lat próbowaliśmy zrozumieć ten mechanizm molekularny i to, jakie elementy ułatwiają ten proces, ponieważ jest on ściśle powiązany z chorobami neurodegeneracyjnymi. Kiedy endocytoza – czyli pobieranie składników odżywczych i regulacja tego procesu – zawodzi, w mózgu dochodzi do agregacji białek, co jest znakiem rozpoznawczym chorób takich jak Alzheimer czy Parkinson. – Ruobo Zhou, profesor chemii, biochemii i biologii molekularnej w Penn State.
Mechanizm kontroli na poziomie nanometrycznym
Aby zaobserwować działanie MPS, naukowcy wykorzystali zaawansowaną mikroskopię o superrozdzielczości, pozwalającą na podgląd struktur 10 000 razy mniejszych niż grubość ludzkiego włosa. Eksperymenty przeprowadzone na hodowlach neuronów wykazały, że gdy siatka MPS jest nienaruszona, skutecznie spowalnia ona proces endocytozy, zapobiegając nadmiernemu wchłanianiu substancji.
Badacze odkryli również niepokojące zjawisko: zbyt szybka endocytoza prowadzi do osłabienia samej struktury MPS. Powstaje wówczas błędne koło, w którym zwiększone wchłanianie aktywuje sygnały molekularne zmuszające komórkę do „przecinania” szkieletu. To z kolei tworzy kolejne punkty wejścia, co jeszcze bardziej przyspiesza napływ substancji do wnętrza neuronu.
Nowa nadzieja w walce z chorobą Alzheimera
W ramach badań naukowcy stworzyli model komórkowy przypominający wczesne stadia choroby Alzheimera, zwiększając poziom białka prekursorowego amyloidu (APP). Okazało się, że w neuronach z uszkodzonym szkieletem MPS, białko to jest wchłaniane znacznie szybciej. Po dostaniu się do wnętrza komórki, APP jest przekształcane w toksyczny fragment amyloid-B42, który prowadzi do stresu komórkowego i ostatecznie do śmierci neuronu.
Odkrycie to sugeruje, że stabilizacja szkieletu MPS może stanowić skuteczną strategię ochrony mózgu przed degradacją. Zamiast skupiać się wyłącznie na usuwaniu toksycznych białek, przyszłe terapie mogłyby koncentrować się na wzmacnianiu „bramy” neuronu, aby zapobiec ich przedostawaniu się do środka.
Zdaniem autorów badania, ochrona tej struktury przed naturalnym pogorszeniem związanym z wiekiem lub procesami chorobowymi może pozwolić na spowolnienie wczesnych, ukrytych zmian komórkowych, które poprzedzają wystąpienie objawów klinicznych choroby Alzheimera.