Исследование показало, как токсичные вещества влияют на здоровье мозга и вызывают нейродегенеративные заболевания
Загрязнение воздуха стало одной из главных экологических проблем, ежегодно унося почти 7 миллионов жизней в результате преждевременных смертей. Однако его воздействие на здоровье человека выходит далеко за пределы заболеваний легких, достигая также нервной системы. Новое исследование выявило, что вдыхание дыма от лесных пожаров и городского смога может вызвать серьезные химические изменения в мозге, способствующие развитию болезней, таких как болезнь Альцгеймера и аутизм.
Ученые установили, что токсические вещества, содержащиеся в загрязненном воздухе, химические соединения и пестициды могут вызывать воспаление и старение клеток, что негативно сказывается на нормальных функциях мозга. Ключевым процессом, обнаруженным при этом, стало S-нитрозилирование – химическая модификация, которая затрудняет формирование новых нейронных связей и, в конечном счете, приводит к клеточной гибели. Исследование показало, что блокирование S-нитрозилирования в ключевом белке мозга может частично устранить симптомы потери памяти у мышей с болезнью Альцгеймера.
«Мы раскрыли молекулярные детали того, как загрязняющие вещества могут способствовать потере памяти и нейродегенеративным заболеваниям», — заявил ученый Стюарт Липтон. Он отметил, что результаты могут привести к разработке новых медикаментов, способных блокировать эти неблагоприятные эффекты и нацеливаться на лечение болезни Альцгеймера.
Липтон впервые описал процесс S-нитрозилирования более двадцати лет назад. Этот процесс включает связывание молекулы, содержащей оксид азота, с атомами серы в белках. Однако избыток оксида азота в мозге, вызванный загрязняющими веществами воздуха, пестицидами и обработанным мясом, приводит к нарушению нормальной работы клеток. Исследовательская группа суда продемонстрировала, что аномальные реакции S-нитрозилирования могут способствовать не только развитию болезней Альцгеймера, но и рака и нейродегенеративных состояний, таких как болезнь Паркинсона.
В рамках нового исследования ученые изучили влияние S-нитрозилирования на белок CRTC1, который регулирует гены, необходимые для формирования и поддержания нейронных связей— ключевого процесса для обучения и долговременной памяти. Используя клеточные культуры, они подтвердили, что избыток оксида азота вызывает S-нитрозилирование CRTC1 и мешает его связыванию с другим важным белком, CREB, который влияет на активацию генов, необходимых для формирования нейронных связей.
Команда ученых в ходе исследования выявила высокие уровни S-нитрозилированного CRTC1 на ранних стадиях болезни Альцгеймера как у мышей, так и в нейронах человека, полученных из стволовых клеток. Эти результаты подтвердили предположение о том, что химические изменения в мозге играют ключевую роль в развитии симптомов заболевания.
Исследователи создали модифицированную версию CRTC1, которая не подвержена S-нитрозилированию, исключив серосодержащую аминокислоту, необходимую для этого процесса. Вводя эту версию в нервные клетки, полученные из стволовых клеток пациентов с болезнью Альцгеймера, они предотвратили появление признаков заболевания, таких как разрушение нейронных связей и уменьшение выживаемости нервных клеток. Кроме того, у мышей с болезнью Альцгеймера модифицированный белок восстановил активацию генов, важных для формирования памяти.
«Мы смогли почти полностью восстановить молекулярные пути, участвующие в создании новых воспоминаний», — пояснил Липтон, добавив, что получение данных открывает новые горизонты для разработки возможных медикаментов для лечения болезни Альцгеймера и других неврологических заболеваний.
Исследование подтверждает гипотезу о прямой связи между токсинами окружающей среды и ухудшением здоровья мозга. Повышение уровня оксида азота в мозге может ускорить старение и усугубить симптомы болезни Альцгеймера.
«Предотвращение S-нитрозилирования CRTC1 могло бы стать эффективным способом замедления или предотвращения повреждений мозга, связанных с заболеванием», — добавил Липтон.
Полученные данные также могут объяснить, почему риск развития болезни Альцгеймера увеличивается с возрастом. Даже без воздействия токсинов старение приводит к усилению воспалительных реакций и повышению уровня оксида азота, что делает белки более уязвимыми к вредным реакциям S-нитрозилирования.