Работа мозга, всей нервной системы человека происходит благодаря общению нервных клеток. Оно лежит в основе мыслительной деятельности, памяти, эмоций и связано с очень интересным образованием — синапсом, представляющим собой место контакта нейронов и обеспечивающим передачу информации между ними. В одном из недавних выпусков КПД мы рассказывали о работе исследователей МФТИ, пытающихся разобраться, как устроен этот “биологический компьютер”. И хотя до конца понять принципы его действия современная наука не может, ученые все ближе и ближе подходят к постижению происходящих в нем процессов. На кафедре нормальной физиологии Казанского государственного медицинского университета по гранту РНФ выполняется работа “Молекулярные механизмы секреции нейромедиатора: фундаментальные аспекты, роль в развитии нейропатологии, коррекция нарушенных функций”, в рамках которой ученые намерены показать, как меняются синаптические взаимосвязи между клетками при нейродегенеративных заболеваниях. О деталях работы рассказывают руководитель проекта доктор медицинских наук, член-корреспондент РАН Андрей Зефиров и ответственный исполнитель проекта кандидат медицинских наук Марат Мухамедьяров. Беседа началась с вопроса корреспондента “Поиска” об актуальности выбранной темы.
А.Зефиров: — Нейродегенеративные заболевания, количество которых растет из года в год, — это бич современного общества. Причины могут быть связаны и с его старением, поскольку недуг обычно развивается ближе к старческому возрасту, и с другими моментами — экологией, генетической предрасположенностью и целым рядом иных причин. Недавно появились данные о том, что синапс является “слабым звеном”, которое повреждается при развитии ряда неврологических и психических заболеваний. В ходе выполнения проекта мы, во-первых, исследуем молекулярные механизмы синаптической передачи в норме, а во-вторых, выясняем, как изменяются эти механизмы при очень тяжелом нейродегенеративном заболевании — боковом амиотрофическом склерозе. Его особенность по сравнению с более известными болезнями той же природы — Альцгеймера и Паркинсона — заключается в том, что этот недуг развивается стремительно и очень быстро приводит к смерти пациента.
М.Мухамедьяров: — Половина пациентов погибает за три года после выявления диагноза. Это третье по распространенности, но, пожалуй, самое грозное в ряду нейродегенеративных заболеваний, при котором нарушаются функции нейронов спинного мозга, отвечающих за движение, сокращение мышц. Мы поставили задачей понять, как меняются синаптические взаимосвязи при развитии этого заболевания.
— Почему это так важно?
А.Зефиров: — Традиционно считается, что нейродегенеративные заболевания связаны с гибелью нейронов. Это действительно так, но есть предположение, что этому предшествуют нарушения связей между ними, или более научно — синаптические дисфункции. Более того, ряд ученых предполагают, что именно эти нарушения запускают процесс гибели нейронов… Свою работу мы построили на основе анализа того, как меняются функции синапсов при боковом амиотрофическом склерозе.
— Вы имели дело с конкретными пациентами?
А.Зефиров: — Пока нет. Изучать мозг человека в этом смысле очень трудно. Мы используем модели — специальных трансгенных мышей, у которых изменен генетический код и нарушена функция определенных белков.
М.Мухамедьяров: — В их геном встроен мутантный ген человека, который приводит к возникновению семейной формы бокового амиотрофического синдрома. У таких мышей проявляется симптоматика, очень похожая на ту, что наблюдается у человека при таком заболевании. В возрасте 6-7 месяцев у животных развиваются параличи, заболевание прогрессирует, и мыши достаточно быстро погибают по тем же причинам, что и человек: параличи охватывают все тело, в том числе диафрагму дыхательной мышцы, что ведет к остановке дыхания.
— Какие методы вы использовали?
М.Мухамедьяров: — Их несколько. Ведущий — это отслеживание электрических сигналов, которые подает возбудимая клетка. Мы регистрируем сигналы от нервных, мышечных клеток, и это позволяет нам смотреть, как они связаны друг с другом. Еще один метод — миография, то есть регистрация сократительной активности мышц.
А.Зефиров: — Есть и третий и самый современный подход — оптический, флюоресцентный. В этом случае специальные красители позволяют нам проанализировать процессы экзо- и эндоцитоза в нервных окончаниях. В 2013 году Нобелевской премией были отмечены работы в этой области (за изучение везикулярного транспорта). Дело в том, что вещество-медиатор находится в мельчайших пузырьках (везикулах) нервных окончаний и при определенных условиях выделяется, а пузырек сливается с мембраной (это процесс экзоцитоза). Затем медиатор взаимодействует с соседним нейроном, и между ними возникает синаптическая связь. Потом пузырек вновь образуется и снова заполняется медиатором (эндоцитоз) — он многократно используется повторно. Главная изюминка нашей работы в том, что мы выявили при нейродегенеративных заболеваниях нарушение процессов многократного использования этих везикул.
— Что вам удалось установить, наблюдая за модельными мышами?
А.Зефиров: — Мы смогли проследить нарушение функций их центральной нервной системы. Существует целый ряд поведенческих тестов, которые указывают на нарушение двигательной активности, мотивации, эмоционального статуса. Следующим этапом является коррекция этих нарушений. То есть мы пытаемся понять, как приостановить развитие этого заболевания.
— Это, конечно, самое интересное.
А.Зефиров: — Безусловно, и это связывает прикладную и фундаментальную науку. Сначала при помощи фундаментальных подходов мы изучаем механизмы функционирования синапса в норме. Затем выясняем, какие нарушения и на каком уровне происходят при заболевании. В частности, мы сейчас точно знаем, что в формировании изменений задействованы метаболизм холестерина, специальные вещества обмена холестерина — оксихолестерины, активные формы кислорода, которые нарушают функцию липидов и белков мембраны. Затем мы разрабатываем подходы для их коррекции, в том числе генно-клеточные, которые позволяют затормозить развитие болезни.
— Что же может предложить наука?
М.Мухамедьяров: — В ходе работы над проектом нами был выявлен ряд механизмов на уровне синаптических связей. Он оказался связан с нарушением процесса выделения передатчика — нейромедиатора. При помощи различных модуляторов клеточной активности мы попробовали его улучшить. Пока мы только в начале пути: охарактеризовали нарушения, ход развития болезни, выявили, что нарушения работы синапсов возникают раньше видимой симптоматики, когда мышцы животного еще нормально сокращаются и мышь может двигаться.
— Удалось ли вам ответить на вопрос, как вылечить или хотя бы приостановить развитие этих недугов?
М.Мухамедьяров: — Здесь мы двигаемся в двух направлениях. Это фармакологическая коррекция, когда изменить нарушенные функции синапса предлагается за счет модуляции его активности. Другое, более разработанное направление — генно-клеточная терапия. В кровоток мыши вводятся генетически модифицированные стволовые клетки, которые поступают в спинной мозг, где локализуются нарушения. В тех местах, где развивается патологический процесс, стволовые клетки могут задерживаться и способствовать выживанию нейронов и улучшению синаптических контактов. Мы видим, что во многих случаях это дает хороший эффект.
— Этой работе предшествовали какие-то ваши более ранние исследования?
А.Зефиров: — Можно сказать, что она происходит из традиций казанской физиологической медицинской школы. Дело в том, что наша кафедра много раз завоевывала почетное звание “Ведущая научная школа России”. Десятки лет мы занимаемся изучением механизмов синаптической передачи, как они происходят в норме. Как раз исследования в этом направлении и помогли нам перейти к нарушениям, возникающим при нейродегенерации. Мы натолкнулись на ряд очень важных изменений. А раз они выявлены, то можно пытаться влиять на них — и фармакологически, и генетически. Очень важно и то, что эти нарушения возникают на досимптомной стадии — до того, как развились параличи, нарушения движения, дыхания. То есть мы можем найти подходы для ранней диагностики этих заболеваний, может быть, даже прогнозировать их развитие. И чем раньше начнем лечить, тем сильнее будет эффект.
- Какой-то специальный тест может их обнаружить?
А.Зефиров: — Со временем мы к этому подойдем, хотя процесс этот небыстрый. Уже известно, что при нейродегенеративных заболеваниях нарушается работа сердца, есть изменения со стороны сосудов, других систем… Для болезни Паркинсона, кстати, уже разработана подобная тест-система. Достаточно сдать анализ крови, и по определенным ферментам можно сделать прогноз возникновения этого недуга. Так что мы уже приближаемся к этому. Ну, может, не мы одни, а совместно с нашими коллегами.
— Кого из коллег вы имеете в виду?
А.Зефиров: — Сотни лабораторий работают сегодня в области изучения нейродегенеративных заболеваний. Созданы различные частные и государственные фонды, которые тратят на это огромные деньги.
— Наверное, не просто конкурировать с такими богатыми лабораториями?
А.Зефиров: — Как ни удивительно, несмотря на большие достижения в изучении механизмов развития нейродегенеративных заболеваний, до сих пор нет эффективных способов лечения этих недугов. Их развитие зависит от того, сколько нейронов погибло и в каком отделе мозга это произошло. Множество лабораторий сконцентрированы на том, чтобы выяснить причину гибели нейронов. Уже выявлен белок — бета-амилоидный пептид, который этому способствует. Большинство наших коллег изучают преимущественно центральные механизмы этих процессов, и в ряде случаев удается снять некоторые симптомы, но способа, позволяющего остановить гибель нейронов, пока никто не нашел. Возможно, метод, который может повлиять не симптоматически, а действительно остановить процесс, — это генно-клеточная терапия.
— Насколько для вас важен грант РНФ, размер которого, наверное, несопоставим с суммами, которые тратятся на решение аналогичной задачи вашими зарубежными коллегами.
А.Зефиров: — Для нас этот грант — как глоток чистого воздуха. Я застал много этапов развития науки — и советский, и перестроечный, и этап грантовый поддержки — и вижу, что появился очень интересный фонд, у которого есть перед другими два неоспоримых преимущества. Во-первых, научным коллективам выделяются большие суммы, которые примерно в 10 раз превосходят гранты других подобных фондов. Во-вторых, существенно уменьшена бумажная волокита. РНФ во главу угла поставил научный выход, главный критерий оценки проекта — качество публикации. Если ученый опубликовал статью в престижном рецензируемом журнале — он выполнил задание фонда. А учет защищенных докторских, кандидатских диссертаций создает количественную основу качества выполнения проекта. Здесь у нас тоже есть успехи — за два года на кафедре защищено две докторские и четыре кандидатские диссертации. За это же время в зарубежных журналах с высоким импакт-фактором (Journal of Physiology, Current Gene Therapy, European Journal of Pharmacology и др.) вышло около десятка наших статей. А раз их публикуют — значит, они стоящие!
На фото: Андрей Зефиров и Марат Мухамедьяров
Беседовала
Светлана БЕЛЯЕВА
Фото предоставлено
М.Мухамедьяровым
Нет комментариев