Альцгеймера и Паркинсона разглядели воочию

Пучки нейронов в мозге здорового человека (слева) и у взрослого с диагнозом синдрома дефицита внимания и гиперактивности (справа). Иллюстрация Physorg

Известный апокриф из истории науки: немец Фридрих Август Кекуле – кстати, член Академии наук в Петербурге, – задремав на империале омнибуса, увидел форму молекулы бензола в виде кольца (бензольное кольцо). Примерно через век понадобился коллективный гений Френсиса Крика и Джеймса Уотсона, рассмотревших в Х-образной рентгенограмме кристалла ДНК. Легенда гласит, что Крик, ворвавшийся пасмурным утром в университетское кафе в Кембридже, заявил, что они поняли «загадку жизни».

Проблема, однако, в том, что рентгеноструктурный анализ имеет разрешение 2–3 ангстрема и позволяет «разглядывать» только кристаллы. Но далеко не все вещества можно кристаллизовать. Вслед за рентгеном ученые стали использовать ядерно-магнитный резонанс, а затем – сканирующий туннельный микроскоп, микроскоп атомной силы…

Перед Новым 2020 годом один из журналов сообщил, что впервые удалось разделить так называемую куперовскую пару электронов, обеспечивающую механизм сверхпроводимости, а затем вновь воссоединить ее с сохранением сверхпроводящих свойств. Такая манипуляция электронами и спинами обещает самые разнообразные применения в будущих технологиях связи и компьютерных.

Слово «алкоголь» происходит от арабского «когль» (kohl), которым после прихода арабов в Египет назвали мелкодисперсный порошок, от малейшего дуновения взмывающий в воздух. Этим же словом новые обитатели речной долины Нила стали на свой лад звать европейский дух «спирит» (spirit), исходящий от вина. И мы сейчас знаем, что оба слова означают одно и то же, забыв, что «когль», или сурьмяной блеск, использовался не только женами и дочерьми фараонов, но и самими правителями. Когль помимо сурьмы содержал также и свинец, и ученые не могли понять, как эти два токсичных металла могли использоваться в качестве косметики для глаз.

Несколько лет назад после изучения 52 мумий и масок, хранящихся в Лувре, была высказана мысль, согласно которой «когль» избавлял египтян от различных заболеваний глаз. Сотрудники парижского университета им. Кюри показали, что он увеличивает производство оксида азота культурой клеток кожи на 240%. Оксид азота используется в качестве регулятора генной активности.

Гены упомянуты неспроста, так как сегодня чуть ли не в школе рассказывают, что гены «включаются» с помощью особых белков – транскрипционных факторов (TF). Биологи, изучающие уникальное явление биолюминесценции, выделили у небольшой медузки ген, кодирующий зеленый флюоресцентный протеин (GFP). Его-то и стали «подшивать» к другим белкам. Это позволило биологам воочию увидеть свечение самых разных молекул, синтезируемых клетками. Это можно было сравнить с переходом кино и ТВ на цвет!

В Институте нейронаук Флориды с помощью красных и зеленых биосенсоров увидели смену генной активности в нейронах. Речь идет о возбуждении нервных клеток слоев мышиной коры. Процесс начинается с поступления в цитоплазму ионов кальция, что хорошо «просматривается» с помощью зеленой флюоресценции белка кальмодуллина (СаМР).

Интересно, что активность регистрируется на протяжении нескольких дней и модулируется сенсорными «входами», то есть сигналами, поступающими от органов чувств. Это особенно четко видно в зрительной коре мыши, которую сутки держали в темноте, а затем «вывели в свет», что сразу же повышает транскрипцию гена СаМР. Интерес к зрительной коре носит не только сугубо академический характер. Дело в том, что сегодня известно несколько форм нейродегенеративной слепоты, возникающей в результате гибели фоторецепторов (палочек и колбочек) в сетчатке глаза, посылающих свои импульсы в мозг.

Сегодня модно говорить о раздельном сборе мусора и его удалении из мест проживания людей. Клинингом занимаются и клетки, и этот механизм получил название «аутофагия», или «самопожирание». Это не совсем верно, хотя клетки действительно «поедают» нефункциональные белки и другие молекулы, мембраны и клеточные органеллы. Нарушения аутофагии ведут к диабетам и мышечной дистрофии, болезням Альцгеймера и Паркинсона. Журнал Nature представил статью из мельбурнского университета Монаша, в которой показано, что хорошо функционирующая система «уборки» сдерживает старение нервных клеток и, как следствие, нейродегенерацию. Поддерживается «чистка» с помощью белковых рецепторов аутофагии, в частности оптинейрином.

У мышей с моделью паркинсонизма накопление неработающих продуктов обмена ведет к рекрутированию оптинейрина, включающего митофагию – переработку поврежденных митохондрий. Последние, как известно, снабжают клетки энергией и в норме «самоудаляются».

Так аутофагия «омолаживает» нервные клетки, препятствуя их дегенерации или гибели в результате запрограммированной смерти (апоптоза). Апоптоз, «запускаемый» протеинами митохондриальной оболочки, представляется намного более радикальным механизмом, нежели аутофагия, клетки сохраняющая, тем самым предупреждая развитие нейродегенеративных заболеваний. Так постепенно определяется спектр молекулярных мишеней для будущих лекарств.