Маленькая прозрачная рыбка помогла увидеть, как именно погибают нервные клетки при болезни Альцгеймера, и какое лекарство помогает против этого самого распространенного старческого заболевания.
Ученые создали модель болезни Альцгеймера на маленькой рыбке zebrafish, по-русски -- данио рерио. Эта рыбка – излюбленный объект биологов, с которым они что только ни делали. А теперь смоделировали человеческую болезнь, при том, что уже существуют модели на мышах, которые, несомненно, стоят ближе к человеку, чем рыбы. Но рыбка данио обладает одним преимуществом, которое и делает ее столь привлекательной для ученых – ее личинка прозрачна, и на ней вживую можно увидеть в микроскоп все, что происходит у нее внутри.
Болезнь от неправильных белков
Болезнь Альцгеймера – самая распространенная форма старческой деменции, в мире от нее страдают от 12 до 18 миллионов человек, как правило, старше 65 лет. Она относится к нейродегенеративным заболеваниям: в мозге больных погибают нейроны. Их гибель вызывают белки, которые меняют свою пространственную конфигурацию и в ненормально сложенном виде откладываются внутри клетки в виде бляшек. Это бета-амилоид и тау-белок.
Роль этих белков в нейронной смерти при болезни Альцгеймера известна давно, но до сих пор ученые могли наблюдать их действие только в клеточной культуре или в мозге животных либо человека после смерти. Не было возможности увидеть, как именно погибают нейроны в живом организме (in vivo). Поэтому исследователи из Германского центра нейродегенеративных заболеваний Университета Людвига-Максимилиана (German Center for Neurodegenerative Disease at Ludwig-Maximilians-Universitaet) в Мюнхене под руководством профессора Кристиана Хааса (Christian Haass) использовали данио рерио.
Рыбка с геном человека
Биологи встроили в геном эмбриона рыбы ген человеческого тау-белка. Причем не просто так, а помеченный флуоресцентной меткой, чтобы можно было наблюдать его работу. Они получили 76 трансгенных эмбрионов, вырастили их до взрослого состояния, размножили и на трех поколениях наблюдали, что ген тау-белка передается по наследству и работает. Нейроны рыбок, получивших тау-белок, в ультрафиолетовых лучах под флуоресцентным микроскопом светятся красным.
«Прозрачную личинку zebrafish можно исследовать под микроскопом длительное время, -- говорит Кристиан Хаас.-- Если добавить в воду специальный краситель, окрашивающий клетки, можно вживую наблюдать, как погибают нейроны».
Атака на нейроны и ее результат
Тау-белок вообще-то обычный белок, играющий важную роль в клетке – он скрепляет микротрубочки клеточного скелета. Первый шаг к тому, чтобы этот белок стал патологическим агентом, состоит в его гиперфосфорилировании – присоединении к молекуле фосфатных групп. Наблюдать гиперфосфорилирование тау-белка в нейронах личинки данио вживую, к сожалению, невозможно. Для этого личинок пришлось умертвить и изготовить тонкие срезы, которые обработали специальным антителом к гиперфосфорилированному белку.
Затем тау-белок начинает пространственно изменяться: третичная трехмерная структура молекулы сворачивается не так, как ей это положено. Такие неправильно сложенные молекулы собираются в скопления и образуют бляшки в нейронах. Этот процесс биологи наблюдали в прозрачной рыбьей личинке.
Наконец, ученым удалось отследить в реальном времени и гибель нейронов. Для этого они добавили в воду вещество, специфически окрашивающее умирающие клетки. Поскольку клеточная смерть происходит постоянно в любом организме, исследователи сравнили число окрашенных клеток в трансгенных и в обычных личинках. Сравнение показало, что в трансгенных личинках, несущих патологический тау-белок, клеток погибает намного больше.
Гибель нейронов не может не влиять на поведение личинок данио, поэтому на следующем этапе ученые поставили с ними простейший поведенческий эксперимент. У личинок наблюдается элементарная реакция избегания: если прикасаться к ним острым кончиком иглы, то здоровые отскакивают в сторону. А трансгенные оказались заторможенными: они двигались вяло и на прикосновение иглы почти не реагировали.
Как можно спасти нервные клетки
Наглядная модель имеет не только теоретический, но и практический интерес. На ней можно непосредственно увидеть, будут ли в живом организме работать вещества, защищающие нейроны от патологического белка. Ученые проверили на рыбьей модели несколько веществ, блокирующих действие ключевого для трансформации тау-белка фермента.
Два уже известных ранее вещества продемонстрировали защитный эффект. Из двух новых веществ хорошо себя проявило одно. Его инъекция личинке данио снизила образование бляшек и уменьшила число погибших нейронов.
Так что, как полагают ученые, модель можно будет использовать для поиска лекарственных средств против болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний. Она дает быстрый и очевидный результат.
Статья опубликована в журнале Journal of Clinical Investigation.
