Choroba Parkinsona i otępienie z ciałami Lewy’ego charakteryzują się upośledzoną funkcją mózgu związaną ze śmiercią neuronów. Nowe przełomowe badanie pozwoliło ustalić, w jaki sposób główny sprawca uszkodzeń neuronów – białka alfa-synukleiny – szkodzi neuronom.
Choroba Parkinsona jest schorzeniem neurodegeneracyjnym, charakteryzującym się upośledzoną funkcją motoryczną i poczuciem równowagi fizycznej.
Jego objawy wynikają z uszkodzenia i śmierci komórek mózgu, a także z cech demencji zwyrodnienia nerwowego z ciałami Lewy’ego (DLB).
DLB cechuje się zarówno upośledzoną funkcją ruchową Parkinsona, jak i utratą pamięci i innymi typami schorzeń poznawczych charakterystycznych dla choroby Alzheimera.
Osoby z chorobą Parkinsona mogą również rozwinąć się w postaci otępienia zwanego „demencją związaną z chorobą Parkinsona”.
We wszystkich tych chorobach nieprawidłowe fałdowanie – wadliwa struktura – białka zwanego „alfa-synukleiną” prowadzi do powstawania złogów zakłócających zdrowe funkcjonowanie komórek mózgowych.
Zazwyczaj te formy znajdują się w neuronach znajdujących się w hipokampie, w regionie mózgu, który odgrywa kluczową rolę w procesach uczenia się oraz w tworzeniu i przywoływaniu pamięci.
Chociaż wiadomo, że nieprawidłowo sfałdowane agregaty białka alfa-synukleiny ostatecznie prowadzą do śmierci komórek mózgowych, a tym samym do znacznego upośledzenia różnych funkcji poznawczych, jak dotąd naukowcy nie zrozumieli mechanizmów leżących u podstaw tego wyniku.
W nowym badaniu starszy naukowiec Laura Volpicelli-Daley – który pracuje w University of Alabama w Birmingham School of Medicine – i jego współpracownicy postanowili poszukać tego brakującego wglądu.
Ich praca – opublikowana teraz w czasopiśmie – wyjaśnia, jakie zmiany zachodzą na poziomie komórkowym w mózgu, po utworzeniu agregatów alfa-synukleiny, a przed śmiercią neuronów.
Volpicelli-Daley i jej koledzy mają nadzieję, że ich odkrycia mogą ostatecznie doprowadzić do ulepszenia leczenia, które może zapobiec, a nawet pomóc w odwróceniu, uszkodzenia nerwów, które mogą prowadzić do demencji.
„W chorobie Parkinsona można podawać lewodopę w celu poprawy funkcji motorycznych, ale nie ma nic, co mogłoby powstrzymać objawy niemotoryczne” – wyjaśnia Volpicelli-Daley.
Mapowanie nienormalnych zmian neuronalnych
W poprzednim badaniu Volpicelli-Daley i jej zespół opracowali w tym czasie eksperymentalny model sztucznej depozycji alfa-sinukleiny in vitro, który pozwolił im symulować rozwój tych agregatów w komórkach mózgowych.
Na potrzeby nowych badań naukowcy zastosowali tę technikę w celu uzyskania agregatów alfa-sinukleinowych, które następnie wprowadzono do komórek mózgu myszy.
Następnie badali zmiany, które zachodziły w neuronach hipokampa w 7-dniowym oznaczeniu – punkt, w którym nie doszło jeszcze do śmierci komórki mózgowej.
Na tym etapie występowały wysokie poziomy alfa-synukleiny w aksonach komórek mózgowych, a projekcje miały wysyłać impulsy elektryczne przenoszące informacje między neuronami.
To, co Volpicelli-Daley i koledzy odkryli, to że agregaty alfa-synukleiny prowadziły do dziwnych defektów w „mechanizmach komunikacyjnych” neuronów hipokampa.
Tak więc wystąpiła nieprawidłowa aktywność zarówno na zaciskach presynaptycznych (transmitujących sygnały), jak i postsynaptycznych (otrzymujących sygnał) komórek mózgowych. Zmiany te pojawiły się w pewnym momencie przed wyzwalaniem neurodegeneracji, a następnie śmierci komórki.
„Coś wyraźnie dzieje się z neuronami zanim umrą”, zauważa Volpicelli-Daley, dodając: „Na presynaptycznym terminalu, miejscu neuronu uwalniana jest chemia zwana neuroprzekaźnikami”.
„Z drugiej strony,” kontynuuje, „zmniejsza się aktywność po-synaptyczna, miejsce sąsiedniego neuronu, gdzie te uwolnione związki chemiczne aktywują systemy przekaźnikowe,” które „mogą sugerować, że w neuronach występuje plastyczność, to jest neurony przystosowują się do zwiększonej aktywności. „
To nie jest dobry znak, ponieważ: „Z czasem ta nienormalna aktywność może ostatecznie doprowadzić do śmierci neuronów”, wyjaśnia Volpicelli-Daley.
„Przełomowe badanie”
Prace badaczy nie kończą się jednak tymi odkryciami. Starszy autor zauważa, że należy przeprowadzić więcej badań dotyczących (wciąż tajemniczej) alfa-synukleiny i roli, jaką zazwyczaj odgrywa w funkcjonowaniu komórek mózgowych.
„Następnym krokiem”, mówi Volpicelli-Daley, „będzie przyglądanie się, jak alfa-synukleina zwiększa aktywność presynaptyczną i czy jest to utrata funkcji alfa-synukleiny w tym przedziale neuronowym, czy jest to spowodowane przez tworzenie toksycznych agregatów alfa-synukleiny . „
Jeremy Herskowitz, który jest drugim starszym badaczem w tym badaniu, sugeruje, że praca zespołu stanowi nowy punkt orientacyjny w krajobrazie choroby Parkinsona i badań nad demencją.
„To przełomowe badanie i jedno z pierwszych, które zajęło się krytycznymi i wcześniej nieuchwytnymi pytaniami dotyczącymi tego, jak toksyczna alfa-synukleina wpływa na strukturę i fizjologię neuronów pamięci.”
Jeremy Herskowitz
