Результаты исследования опубликованы в январе. 11 выпуск Известий Национальных Академий Наук.
«Наши новые данные прочно связывают старение, нейродегенерацию и передачу клеточных сигналов с использованием сероводорода и других газообразных молекул внутри клетки», – говорит Бинду Пол, М.Sc., Ph.D., преподаватель факультета нейробиологии в Solomon H. Снайдера, факультет неврологии медицинского факультета Университета Джона Хопкинса, и ведущий автор-корреспондент исследования.
Организм человека естественным образом вырабатывает небольшое количество сероводорода, чтобы регулировать функции всего организма, от клеточного метаболизма до расширения кровеносных сосудов. Быстро развивающаяся область газопередачи показывает, что газы являются основными клеточными молекулами-посредниками, имеющими особое значение для мозга. Однако, в отличие от обычных нейротрансмиттеров, газы не могут храниться в пузырьках. Таким образом, газы действуют через очень разные механизмы, чтобы быстро облегчить обмен сообщениями между клетками.
В случае сероводорода это влечет за собой модификацию целевых белков с помощью процесса, называемого химической сульфгидратацией, который модулирует их активность, говорит Соломон Снайдер, Д.Фил., D.Sc., M.D., профессор нейробиологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса и соавтор-корреспондент исследования.
Исследования с использованием нового метода показали, что уровни сульфгидратации в головном мозге снижаются с возрастом, и эта тенденция усиливается у пациентов с болезнью Альцгеймера. «Здесь, используя тот же метод, мы теперь подтверждаем снижение сульфгидратации в головном мозге с БА», – говорит соавтор Милош Филипович, доктор философии.D., главный исследователь, Leibniz-Institut fur Analytische Wissenschaften – ISAS.
В текущем исследовании ученые Johns Hopkins Medicine изучали мышей, генетически модифицированных для имитации болезни Альцгеймера человека. Они ввели мышам соединение, несущее сероводород, под названием NaGYY, разработанное их сотрудниками из Университета Эксетера в Соединенном Королевстве, которое медленно высвобождает молекулы сероводорода-пассажира, путешествуя по телу.
Затем исследователи проверили мышей на предмет изменений памяти и двигательной функции в течение 12-недельного периода.
Поведенческие тесты на мышах показали, что сероводород улучшил когнитивные и двигательные функции на 50% по сравнению с мышами, которые не получали инъекции NaGYY. Получавшие лечение мыши могли лучше запоминать места выхода из платформы и казались более физически активными, чем их нелеченные коллеги с симулированной болезнью Альцгеймера.
Результаты показали, что поведенческие последствия болезни Альцгеймера можно обратить вспять путем введения сероводорода, но исследователи хотели изучить, как мозг химически реагирует на газообразную молекулу.
Серия биохимических экспериментов выявила изменение общего фермента, называемого гликогенсинтаза ? (GSK3?). При нормальном уровне сероводорода GSK3? обычно действует как сигнальная молекула, добавляя химические маркеры к другим белкам и изменяя их функцию. Однако исследователи заметили, что в отсутствие сероводорода GSK3? чрезмерно привлекается к другому белку мозга, называемому тау.
Когда GSK3? взаимодействует с Тау, Тау принимает форму, которая запутывается и сгущается внутри нервных клеток. По мере роста скоплений тау запутанные белки блокируют связь между нервами, в конечном итоге заставляя их умирать. Это приводит к ухудшению и, в конечном итоге, к потере познания, памяти и двигательной функции, что характерно для болезни Альцгеймера.
«Понимание каскада событий важно для разработки методов лечения, которые могут блокировать это взаимодействие, как сероводород, – говорит Даниэль Джовинаццо, M.D./ Ph.D. студент, первый автор исследования.
До недавнего времени исследователям не хватало фармакологических инструментов, чтобы имитировать, как организм медленно вырабатывает крошечные количества сероводорода внутри клеток. «Соединение, используемое в этом исследовании, делает именно это и показывает, корректируя уровни сероводорода в мозге, мы можем успешно обратить вспять некоторые аспекты болезни Альцгеймера», – говорит соавтор исследования Мэтт Уайтман, доктор философии.D., профессор экспериментальной терапии Медицинской школы Эксетерского университета.
Команда Johns Hopkins Medicine и их международные сотрудники планируют продолжить изучение взаимодействия серных групп с GSK3? и другие белки, участвующие в патогенезе болезни Альцгеймера в других клетках и системах органов. Команда также планирует испытать новые молекулы для доставки сероводорода в рамках своего текущего предприятия.