С помощью термочувствительных флуоресцентных сенсоров ученые измерили температуру внутри клеток и выяснили, что «слипание» молекул бета-амилоида (одна из причин развития болезни Альцгеймера) вызывает сильный нагрев нейронов.
Одной из самых острых медицинских проблем современности остаются нейродегенеративные заболевания. Они затрагивают главным образом пожилых людей и вызывают прогрессирующую гибель нервных клеток, причем поначалу симптомы могут быть незаметны, и лишь спустя годы возникают нарушения когнитивной сферы, памяти, двигательной функции или другие проблемы.
Согласно прогнозам, число заболевших нейродегенерациями в ближайшие десятилетия вырастет в несколько раз. Среди них наиболее распространенной и активно изучаемой оказалась болезнь Альцгеймера, главный симптом которой — нарастающая потеря памяти. Уже сейчас в мире этот диагноз имеют около 44 миллионов человек.
Двумя наиболее важными факторами развития болезни Альцгеймера считают тау-белок и бета-амилоид. Первый в норме укрепляет микротрубочки («клеточную арматуру»), но при болезни образует токсичные включения внутри нейронов. В то же время бета-амилоид представляет собой пептид, образующийся при расщеплении другого белка специальными ферментами-секретазами. Он может формировать токсичные включения в пространстве между клетками.
Именно на вторую молекулу, которую часто называют «спусковым крючком» развития болезни Альцгеймера, обратили внимание сотрудники Кембриджского университета в своей новой статье в Journal of American Chemical Society.
Известно, что некоторые клетки могут выделять большое количество тепла — это так называемый внутриклеточный термогенез. Исследовать его не так уж просто: едва ли даже самый маленький термометр можно ввести в клетку, тем более так, чтобы ее не повредить. Поэтому ученые создали окрашенные молекулы-сенсоры, характерное время флуоресценции которых меняется в зависимости от температуры. Это «полимерные флуоресцентные термометры» — вещества, которые можно ввести в клетку без особого вреда для нее. Теперь их впервые использовали для исследований патогенеза болезни Альцгеймера.
Авторы работы проводили эксперименты на культурах человеческих клеток и заметили, что приобретение бета-амилоидом неправильной конформации (подвижной трехмерной структуры) и «слипание» его молекул в нитевидные фибриллы сопровождается сильным нагревом. Высокая температура, в свою очередь, приводит к появлению новых токсичных агрегатов бета-амилоида. Как предполагают ученые, этот порочный круг вносит вклад в сложную и пока плохо понятную картину развития болезни.
Открытый патологический процесс вызывает у исследователей кулинарные, но не самые приятные ассоциации. «Перегретые клетки напоминают яичницу — с ростом температуры белки в них начинают агрегировать и уже не могут выполнять свои функции», — рассказала Габриель Камински Ширле (Gabriel Kaminski Schierle), руководитель коллектива ученых.
Помимо этого, им удалось успешно остановить вызванный бета-амилоидом нагрев с помощью нового фармакологического препарата (MJ040X). Не исключено, что он может стать основой для новаторского способа лечения болезни Альцгеймера — это особенно ценно, поскольку, несмотря на десятилетия активных исследований, ее эффективную терапию до сих пор не удалось создать.
