Единовременное лечение генерирует новые нейроны, устраняет болезнь Паркинсона у мышей

Сян-Донг Фу, доктор философии, никогда не был в восторге от чего-либо за всю свою карьеру. Он долго изучал основы биологии РНК, генетического кузена ДНК и белков, которые ее связывают. Но одно открытие открыло Фу в совершенно новой области: нейробиологии.

В течение десятилетий Фу и его команда из Калифорнийского медицинского университета в Сан-Диего изучали белок PTB, который хорошо известен связыванием РНК и влиянием на то, какие гены включены или выключены в клетке. Чтобы изучить роль белка, такого как PTB, ученые часто манипулируют клетками, чтобы уменьшить количество этого белка, а затем следят за тем, что происходит.

Несколько лет назад постдокторский исследователь, работавший в лаборатории Фу, использовал этот подход, используя технику, называемую siRNA, для подавления гена PTB в клетках соединительной ткани, известных как фибробласты. Но это утомительный процесс, который нужно выполнять снова и снова. Он устал от этого и убедил Фу, что им следует использовать другую технику для создания стабильной клеточной линии, в которой постоянно отсутствует PTB. Сначала постдок тоже пожаловался на это, потому что заставил клетки расти очень медленно.

Но затем он заметил кое-что странное через пару недель — осталось очень мало фибробластов. Почти все блюдо было заполнено нейронами.

Таким счастливым образом команда обнаружила, что ингибирование или удаление только одного гена, гена, который кодирует PTB, превращает несколько типов клеток мыши непосредственно в нейроны.

Совсем недавно Фу и Хао Цянь, доктор философии, другой постдокторский исследователь в своей лаборатории, сделали большой шаг вперед, применив его в том, что однажды станет новым терапевтическим подходом к болезни Паркинсона и другим нейродегенеративным заболеваниям. Всего лишь одна процедура для ингибирования PTB у мышей превращала нативные астроциты, звездообразные поддерживающие клетки головного мозга, в нейроны, которые продуцируют нейротрансмиттер дофамин. В результате симптомы болезни Паркинсона у мышей исчезли.

Исследование опубликовано 24 июня 2020 года в журнале Nature .

«Исследователи во всем мире испробовали множество способов генерирования нейронов в лаборатории, используя стволовые клетки и другие средства, чтобы мы могли лучше их изучать, а также использовать их для замены потерянных нейронов при нейродегенеративных заболеваниях», — сказал Фу, который Заслуженный профессор кафедры клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Тот факт, что мы можем производить так много нейронов таким относительно простым способом, стал большим сюрпризом».

Есть несколько разных способов имитировать болезнь Паркинсона у мышей. В этом случае исследователи применили молекулу, похожую на дофамин, чтобы отравить нейроны, которые производят дофамин. В результате мыши теряют продуцирующие дофамин нейроны и у них развиваются симптомы, похожие на болезнь Паркинсона, такие как дефицит движения.

Лечение работает следующим образом: исследователи разработали неинфекционный вирус, который содержит антисмысловую олигонуклеотидную последовательность — искусственный фрагмент ДНК, предназначенный для специфического связывания РНК, кодирующей PTB, таким образом деградируя ее, предотвращая ее превращение в функциональный белок и стимулируя развитие нейронов.

Антисмысловые олигонуклеотиды, также известные как дизайнерские препараты ДНК, являются проверенным подходом к нейродегенеративным и нервно-мышечным заболеваниям — соавтор исследования, Дон Кливленд, доктор философских наук, является пионером этой технологии, и теперь она является основой для Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA). — одобренная терапия атрофии мышц позвоночника и ряд других методов лечения, которые в настоящее время проходят клинические испытания. Кливленд является заведующим кафедрой клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего и членом Института исследования рака им. Людвига, Сан-Диего.

Исследователи применяли антисмысловые олигонуклеотидные препараты PTB непосредственно к среднему мозгу мыши, который отвечает за регулирование двигательного контроля и поведения вознаграждения, а также к той части мозга, которая обычно теряет продуцирующие дофамин нейроны при болезни Паркинсона. Контрольная группа мышей получала имитацию лечения пустым вирусом или нерелевантной антисмысловой последовательностью.

У обработанных мышей небольшое подмножество астроцитов превращается в нейроны, увеличивая количество нейронов примерно на 30 процентов. Уровни дофамина были восстановлены до уровня, сопоставимого с таковым у нормальных мышей. Более того, нейроны выросли и отправили свои процессы в другие части мозга. У контрольных мышей изменений не было.

Благодаря двум различным измерениям движения конечности и реакции обработанные мыши вернулись к нормальному состоянию в течение трех месяцев после однократного лечения и оставались полностью свободными от симптомов болезни Паркинсона в течение всей оставшейся жизни. Напротив, контрольные мыши не показали улучшения.

«Я был ошеломлен тем, что увидел», — сказал соавтор исследования Уильям Мобли, доктор медицинских наук, заслуженный профессор нейронаук Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Вся эта новая стратегия лечения нейродегенерации дает надежду, что, возможно, удастся помочь даже людям с прогрессирующим заболеванием».

Что такое PTB, который делает эту работу? «Этот белок присутствует во многих клетках», — сказал Фу. «Но когда нейроны начинают развиваться из своих предшественников, они естественным образом исчезают. Мы обнаружили, что принудительное прекращение действия ПТБ — единственный сигнал, который необходим клетке для включения генов, необходимых для образования нейрона».

Конечно, мыши не люди, предупредил он. Модель, использованная командой, не совсем точно отражает все существенные признаки болезни Паркинсона. Но исследование дает подтверждение концепции, сказал Фу.

Затем команда планирует оптимизировать свои методы и протестировать подход на мышиной модели, которая имитирует болезнь Паркинсона посредством генетических изменений. Они также запатентовали лечение антисмысловыми олигонуклеотидами PTB, чтобы продвинуться вперед к тестированию на людях.

«Я мечтаю довести это до клинических испытаний, чтобы проверить этот подход как лечение болезни Паркинсона, а также многих других заболеваний, при которых теряются нейроны, таких как болезни Альцгеймера и Хантингтона и инсульт», — сказал Фу. «И мечтать еще больше — что если бы мы могли нацелить ПТБ на исправление дефектов в других частях мозга, на лечение таких вещей, как наследственные дефекты мозга?

«Я намерен потратить остаток своей карьеры, отвечая на эти вопросы».

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Университетом Калифорнии — Сан-Диего . Оригинал написан Хизер Бушман, PhD. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Хао Цянь, Синьцзян Кан, Цзин Ху, Дунъян Чжан, Чжэнъю Лян, Фэн Мэн, Сюань Чжан, Юаньчао Сюэ, Рой Маймон, Стивен Ф. Дауди, Нил К. Деварадж, Чжуань Чжоу, Уильям К. Мобли, Дон В. Кливленд, Сян-Донг Фу. Реверсирование модели болезни Паркинсона с преобразованными in situ нейронами нигра . Природа , 2020; 582 (7813): 550 DOI: 10,1038 / s41586-020-2388-4