Ученые из Института Воллума при OHSU определили фермент, который играет решающую роль в дегенерации аксонов, нитевидных частей нервной клетки, которые передают сигналы в нервной системе. Потеря аксонов происходит при всех нейродегенеративных заболеваниях, поэтому это открытие может открыть новые пути лечения или предотвращения широкого спектра заболеваний головного мозга.
Исследовательская группа обнаружила новую роль фермента Axundead – или Axed – в содействии самоуничтожению аксонов. Они обнаружили, что, когда функция Axed была заблокирована, поврежденные аксоны не только сохраняли свою целостность, но и оставались способными передавать сигналы в сложных схемах мозга в течение нескольких недель. Их исследование было опубликовано 5 июля в журнале Neuron.
"Если вы нацелитесь на этот путь, у вас будет действительно хороший шанс сохранить функциональные аспекты нейронов после различных типов травм или травм," сказал старший автор Марк Фриман, Ph.D., директор Института Воллума при OHSU. "Это очень привлекательная терапевтическая цель."
Фриман проводил работу в отделении нейробиологии Медицинской школы Массачусетского университета. С тех пор он был назначен руководителем Института Воллума, который проводит передовые фундаментальные исследования того, как нервная система работает на молекулярном уровне.
Отрезание аксонов или аксотомия – простой способ изучить молекулярную основу нейродегенерации, поскольку она приводит к активации взрывной дегенерации аксонов. В лаборатории исследователи, использующие этот метод, могут идентифицировать прогенеративные гены с большой специфичностью, особенно при использовании сложных генетических подходов у плодовой мухи Drosophila, основного модельного организма Фримена для исследований. Дрозофила разделяет те же пути с людьми. Предыдущая работа лаборатории Фримена идентифицировала другой фермент, ген под названием SARM, который первым показал, что активирует процесс, который заставляет аксоны распадаться при повреждении.
В текущем исследовании Фриман и его коллеги идентифицировали Axed, показали, что он функционирует ниже SARM, выполняя дегенерацию аксонов, и, что удивительно, защита, обеспечиваемая блокированием Axed, была даже сильнее, чем SARM.
"Мы действительно ничего не могли сделать, чтобы убить аксоны, в которых функция Axed была заблокирована," Фриман сказал.
Фриман сказал, что с эволюционной точки зрения функции SARM и Axed, вероятно, важны для периферической нервной системы после травмы, поскольку запрограммированная смерть аксонов позволяет эффективно упаковывать поврежденные клеточные материалы для удаления иммунными клетками. Таким образом, этот процесс расчищает путь новым нейронным процессам для повторного роста, реиннервации тканей и восстановления функций.
С терапевтической точки зрения цель работы – понять на молекулярном уровне, как дегенерируют аксоны, и заблокировать эти пути у пациентов, чтобы сохранить функцию нервной системы. При многих травмах нервной системы аксоны не разрываются, а растягиваются или раздавливаются, что активирует программу смерти, зависящую от SARM, и приводит к потере аксонов. В этих случаях необходимо блокировать передачу сигналов SARM и Axed, чтобы сохранить целостность аксонов и, в свою очередь, функцию нейронов. В то же время Фриман и другие показали, что SARM-зависимые сигнальные пути также приводят к потере аксонов при нейродегенеративных состояниях, включая глаукому, черепно-мозговую травму и периферическую невропатию. Это наводит на мысль о древнем и консервативном сигнальном пути гибели аксонов, который широко активируется, чтобы управлять потерей аксонов. Поскольку потеря аксонов является универсальным признаком нейродегенеративных заболеваний, кажется вероятным, что блокирование этого пути может иметь огромное терапевтическое преимущество.
"Если мы сможем найти способы его блокировать, возможно, мы сможем сохранить функцию у широкого круга пациентов, потерявших аксоны из-за нейродегенеративных заболеваний или других нервных травм," Фриман сказал.