JAV ligų kontrolės ir prevencijos centrų duomenimis, mažiausiai 5,8 milijono amerikiečių šiuo metu serga Alzheimerio liga, kuri yra dažniausia demencijos forma. Alzheimerio liga nėra išgydoma, iš dalies todėl, kad mokslininkai dar neturi visiško supratimo, kas sukelia ligą. Tačiau naujas Scripps Research tyrimas atskleidžia molekulinius veiksnius, galinčius prisidėti prie Alzheimerio ligos progresavimo.
Tyrime, paskelbtame m Pažangus mokslas, mokslininkai naudojo naują metodą, skirtą pavienių gyvų smegenų ląstelių, paveiktų Alzheimerio ligos, tirti. Išmatavę atskirų neuronų elektrinį aktyvumą ir baltymų kiekį šiuose neuronuose, mokslininkai atrado naujas molekules, susijusias su Alzheimerio liga. Tikimasi, kad šios molekulės gali būti nukreiptos į vaistus, skirtus gydyti ar sulėtinti neurodegeneracinės ligos progresavimą ateityje.
Glaudus bendradarbiavimas tarp Scripps Research profesorių, įskaitant klinikinį neurologą Stuartą Liptoną, MD, Ph.D., baltymų ekspertą Johną Yatesą, III, Ph.D., ir bioinformatiką Nicholasą Schorką, mokslų daktarą (kuris taip pat yra direktoriaus pavaduotojas ir žymus kiekybinės medicinos profesorius Translational Genomics Research Institute arba TGen) leido mokslininkams sukurti šį biotechnologinį žygdarbį.
„Man buvo neįtikėtina, kad galime paimti vieną ląstelę, išmatuoti jos elektrinį aktyvumą iki milijono ampero, o tada pažvelgti į tūkstančius baltymų toje pačioje ląstelėje, kad galėtume rasti baltymai, skatinantys su Alzheimerio liga susijusį nenormalų elektrinį aktyvumą“, – sako vyresnysis autorius Liptonas, kuris taip pat yra Step Family Foundation apdovanotas profesorius ir Scripps Research Neurodegeneracijos naujų vaistų centro direktorius. „Tačiau šio metodo grožis yra tas, kad jis leidžia mums atskleisti naujus Alzheimerio ligos ir su ja susijusios demencijos tikslus.”
Ankstesni Lipton ir kitų tyrimai parodė, kad tam tikri neuronai tampa pernelyg aktyvūs Alzheimerio liga sergančių žmonių smegenyse ir siunčia elektrinius signalus, kurie yra stipresni arba dažnesni nei įprastai. Įrodymai rodo, kad šis per didelis aktyvumas (taip pat žinomas kaip padidėjęs jaudrumas) prisideda prie pažinimo nuosmukio, susijusio su Alzheimerio liga.
Naujajame darbe Liptonas ir jo kolegos sukūrė sistemą, pagal kurią mokslininkai gali tiksliai išmatuoti atskiras smegenų ląsteles ir palyginti Alzheimerio ligos paveiktas ląsteles su sveikomis ląstelėmis. Liptono grupė, kuri anksčiau sukūrė metodus, kaip tiksliai išmatuoti neuronų elektrinį aktyvumą, kartu su Yatesu naudojo masės spektrometriją, kad nustatytų daugiau nei 2250 baltymų kiekį kiekvienoje nervų ląstelėje. Masių spektrometrija gali identifikuoti ir kiekybiškai įvertinti ląstelių baltymus, tačiau šios analizės tradiciškai buvo atliekamos su didelėmis ląstelių kolekcijomis. Naujausi pažanga leidžia atlikti matavimus vienos ląstelės lygiu.
Naujoje sistemoje, žinomoje kaip vienaląstelė (sc) Patch-Clamp/Proteomics, nedidelis stiklinis vamzdelis, užpildytas druskos tirpalu, naudojamas kaip elektrodas ląstelės elektriniam aktyvumui matuoti, o tada ląstelę išgauti baltymų tyrimams. masių spektrometrija.
„Šis metodas leidžia mums sujungti elektrinių funkcijų sutrikimus su molekuliniais įvykiais neuronuose, o tai yra įdomus proteomikos pritaikymas”, – sako Yatesas.
Mokslininkai išanalizavo maždaug 150 neuronų elektrinius modelius ir baltymų lygius, o tada naudojo skaičiavimo įrankius, kuriuos taikė Schork, kad surastų ryšius tarp padidėjusio jaudrumo ir nenormalaus baltymų kiekio. Jie tiksliai nustatė beveik 50 baltymų, kurių buvo didesnis arba mažesnis pernelyg sujaudintų Alzheimerio ląstelių lygis, palyginti su sveikomis ląstelėmis.
„Jau buvo žinoma, kad kai kurie iš šių baltymų yra susiję su Alzheimerio liga, tačiau daugelis jų nebuvo”, – sako Liptonas.
Baltymai dalyvavo daugelyje įvairių neuronų funkcijų, įskaitant elektronų kontrolę laisvuosiuose radikaluose (redokso moduliatoriai), energijos apykaitą ir uždegimą. Penkiolika baltymų išsiskyrė kaip ypač aukšti arba žemi Alzheimerio neuronų kiekiai, o Liptono grupė planuoja tolesnius kai kurių iš šių molekulių tyrimus.
Jis taip pat planuoja išplėsti „scPatch-Clamp/Proteomics“ naudojimą vaistų tikrinimui – tikrinant, ar galimi Alzheimerio ligos vaistai ištaiso ir neuronų padidėjusį jaudrumą, ir nenormalų baltymų kiekį. Jis sieja šias išvadas su eksperimentais su didesnėmis smegenų ląstelių grupėmis, gautomis iš pacientų, sergančių Alzheimerio liga, vadinamais smegenų organoidais arba „mini smegenimis“.
„Viena ląstelė ne visada pasakoja visą istoriją“, – aiškina Liptonas. „Kai kurie Alzheimerio ligos sutrikimai yra susiję su tuo, kaip ląstelės sąveikauja viena su kita, taigi, jei galėtume pakartoti tokio pobūdžio tyrimą mini smegenų organoiduose, galime padaryti papildomų atradimų.”
Liptonas pažymi, kad šis metodas galėtų būti taikomas ieškant vaistų, susijusių su papildomomis su smegenimis susijusiomis ligomis.
„Šis naujas požiūris į individualizuotą mediciną, pagrįstas baltymų ekspresija ir vieno Alzheimerio neurono elektriniu aktyvumu, gali pakeisti vaistų atradimą ne tik šiai ligai, bet ir kitoms neurologinėms ligoms, kurios labai atsiliko nuo kitų gydymo sričių”, – priduria jis.
Be Liptono ir Yateso, tyrimo autoriai yra Swagata Ghatak, Jolene K. Diedrich, Maria Talantova, Henry Scott, Meetal Sharma ir Matthew Albertolle iš Scripps Research; ir Nivedita Bhadra bei Nicholas J. Schork iš Translacinės genomikos tyrimų instituto (profesorius Schorkas bendradarbiauja su Scripps Research).