Унікальні маркери нейродегенерації

Актуальність

Відомо, що одним із багатьох факторів, що супроводжують процеси біологічного старіння та вікових дегенеративних змін, є механізм вільнорадикального окиснення. У новому дослідженні наукових співробітників Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology), США, представлено дані про те, що ней­рональні нашарування коротких фрагментів РНК, накопичення яких є результатом вільнорадикальних процесів у клітинах, можуть слугувати своєрідним маркером початку нейродегенеративних змін і блокувати нормальні процеси синтезу протеїнів. Стаття, в якій наведено основні положення роботи, опублікована у виданні «Cell Reports» 27 листопада 2018 р.

Матеріали та результати дослідження

Фрагментацію РНК зі зміною функціональності нейронів вчені спостерігали як в експерименті на тваринах, так і при дослідженні тканин людини, насамперед у структурах ділянки стріатуму головного мозку, пов’язаних із розвитком таких захворювань, як хвороба Паркінсона та хвороба Хантінгтона. Коментуючи описане явище, керівник наукового проекту Крістофер Бурдж (Christopher Burge), професор біології Массачусетського технологічного інституту, зазначив: «Насправді головний мозок відрізняє надзвичайна метаболічна активність, що з часом формує основу для накопичення і проявів негативних наслідків процесів оксидації. Однак подібні явища можуть бути більш яскраво виражені лише в окремих структурах мозку. Зазначений феномен раніше не розглядався як прямий наслідок оксидативного стресу, який впливає на сотні тисяч генів, змінюючи регуляцію процесів трансляції РНК на глобальному рівні організму в цілому».

У своєму дослідженні автори вперше запровадили новітню технологічну розробку, яка дозволяє ізольовано спостерігати послідовність месенджеру РНК від окремих типів клітин. Месенджер РНК кодує інформацію щодо синтезу протеїнів рибосом. Техніка, запропонована дослідниками, полягає у флюоресцентному маркуванні рибосом певного типу клітин, що дозволяє виокремлювати лише певні фрагменти РНК із відповідних клітин і в подальшому ідентифікувати протеїни, які синтезуються окремими клітинами. Завданням дослідження став пошук відмінностей експресії генів двох типів клітин із ділянки corpus striatum головного мозку лабораторних тварин двох груп — віком 6 тиж і 2 роки. Вивчаючи особ­ливості генетичної експресії у зазначених типах клітин, дослідники планували виявити можливі риси вікових змін, що впливають на фізіологічні процеси транскрипції та синтезу протеїнів.

Так, в результаті експериментальних спостережень встановлено, що у проекційних нейронах D1 тварин старшого віку спостерігалися сотні генів, інформація про які була закодована лише в коротких фрагментах первинної послідовності мРНК. Ці фрагменти, відомі також як 3ʹ-нетранслюючі послідовності нуклеотидів (3ʹUTR), були прикріплені до рибосом, що перешкоджало фізіологічному синтезу протеїнів. У подальшому дослідниками встановлено, що активація шляхів відповіді на окисний стрес була значно вищою у нейронах D1 порівняно з нейронами D2, що, на думку вчених, свідчило про те, що названі нейрони дійсно зазнають більшого впливу вільнорадикального окиснення.

Поряд з цим, вивчаючи зміни у тканинах головного мозку людини, дослідники встановили, що кількість фрагментів 3ʹUTR поступово збільшується з віком, що підтверджує запропоноване ними пояснення моделі поступового пошкодження внаслідок впливу чинників вільнорадикального окиснення.

Висновки та перспективи

Висновки дослідників та запропонована модель свідчать про те, що синтез фрагментів 3ʹUTR є проявом деградації нормальної фізіологічної та функціонально активної мРНК. Зазначені зміни призводять до зменшення синтезу протеїнів, які кодуються ураженими ділянками генів. При цьому накопичення фрагментів 3ʹUTR із прикріпленими до них рибосомами також формує перед­умови блокади синтезу інших протеїнів. Підводячи підсумки, вчені зазначили, що виявлений у дослідженні різновид клітинної деградації може поєднуватися із впливом генетичних факторів та чинників довкілля, ініціюючи зміни когнітивних можливостей і навіть слугуючи тригером нейродегенеративних процесів, наприклад хвороби Паркінсона. У подальших дослідженнях вчені сподіваються на вивчення причин та наслідків накопичення нетранслюючих фрагментів 3ʹUTR.

• Massachusetts Institute of Technology (2018) Biologists discover an unusual hallmark of aging in neurons: Snippets of RNA that accumulate in brain cells could interfere with normal function. ScienceDaily, Nov. 27.
• Sudmant P.H., Lee H., Dominguez D. et al. (2018) Widespread accumulation of ribosome-associated isolated 3ʹ UTRs in neuronal cell populations of the aging brain. Cell Rep., 25(9): 2447–2456.

Наталія Савельєва-Кулик