Ученые из Института неврологических заболеваний Гладстона (GIND) определили причину, по которой ключевой белок играет важную роль в двух нейродегенеративных заболеваниях. В текущем выпуске Journal of Neuroscience исследователи из лаборатории заместителя директора GIND Стивена Финкбейнера, доктора медицины, доктора философии обнаружили, как белок TDP-43 может вызывать нейродегенерацию, связанную с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) и лобно-височную лобарную дегенерацию с помощью убиквитина. -положительные тела включения (FTLDu). TDP-43 является основным компонентом белковых агрегатов у пациентов с этими заболеваниями. Мутации в гене TDP-43 также связаны с семейными формами БАС и FTLDu.
"TDP-43 – очень интересный белок. Мы обнаружили, что его расположение в ячейке является хорошим индикатором ущерба, который он может нанести," сказал Финкбайнер, старший исследователь и старший автор исследования. "Наши результаты и наша экспериментальная модель позволят продолжить изучение этого белка и его влияния на болезнь."
В нормальных условиях TDP-43 – это обычный белок, который остается в основном в ядре. Он выполняет несколько полезных функций, включая связывание ДНК и РНК, ингибирование ретровирусов и помощь в сплайсинге РНК и формировании ядерных тел. Он также доставляет мРНК в цитоплазму.
Однако у пациентов с БАС и FTLDu TDP-43 перераспределяется из ядра в цитоплазму и образует нерастворимые агрегаты TDP-43 в ядре, цитоплазме или отростках нейронов.
Команда Финкбайнера разработала модельную систему, чтобы выяснить, как TDP-43 может участвовать в нейродегенеративных заболеваниях. Они использовали генную инженерию, чтобы добавить флуоресцентную метку к нормальному или дикому типу и мутантному TDP-43 в нейронах крыс. Тег позволял им легко видеть внутриклеточное расположение белка.
Чтобы определить эффекты мутантного белка, исследователи использовали автоматизированный микроскоп, который может исследовать сотни тысяч нейронов индивидуально в течение нескольких дней. Имея такой большой объем данных, они могли использовать сложный статистический анализ, чтобы проследить судьбу каждого отдельного нейрона и определить его риск смерти в любой момент времени.
В их экспериментальной системе использовались первичные нейроны. Эти нейроны переносятся непосредственно от животного в чашку для культивирования и представляют собой лучшие клетки для экспериментов, поскольку они сохраняют многие особенности клеток неповрежденного мозга. Фактически, доктор. Система Финкбейнера показала много "обычный" особенности TDP-43 в нейронах. Например, TDP-43 дикого типа был обнаружен в ядре здоровых нейронов. Мутант TDP-43 также был обнаружен в ядре, но в цитоплазме было больше белка.
В нескольких нейронах образовались агрегаты белка, называемые тельцами включения, которые часто обнаруживаются в пораженных нейронах. Кроме того, исследователи могут легко манипулировать системой, что делает ее ценным инструментом для анализа биологических механизмов, лежащих в основе заболеваний, связанных с отложением TDP-43.
"Мы ожидаем, что эта система будет очень полезна другим исследователям," объяснил Финкбайнер.
Исследователи обнаружили, что мутант TDP-43 был токсичен для нейронов и что его больше было обнаружено в цитоплазме. Хотя мутантный белок образовывал тельца включения, они не влияли на риск гибели клеток. Однако количество цитоплазматического TDP-43 было сильным и независимым предиктором гибели нейронов. Используя генетические манипуляции, они показали, что нацеливания TDP-43 дикого типа в цитоплазму достаточно для воссоздания токсичности, связанной с мутантным TDP43. С другой стороны, токсический эффект мутантного белка можно ослабить, препятствуя его экспорту из ядра. Похоже, что токсичность мутации зависит от цитоплазматической неправильной локализации TDP-43.
"Наши результаты показывают, что мутантный белок неправильно локализован в цитоплазме," Финкбейнер сказал. "Хотя мы не знаем основного механизма, этот белок, кажется, становится токсичным в цитоплазме, а затем вызывает гибель нейрона."