Компонент свёклы может помочь в лечении шизофрении (исследование на мышах)
(по материалам EurekaAlert: Supplement treats schizophrenia in mice, restores healthy "dance" and structure of neurons)
Исследование на мышах позволяет предположить, что вещество, впервые выделенное в 19 веке из свекольного клубня и названное «бетаин» (однокоренное с англ. beet – свёкла), способно корректировать одно из молекулярных отклонений, обнаруживаемых при шизофрении.
Генетические исследования пациентов с шизофренией показали возможную связь болезни с вариациями гена KIF3B, продуктом которого является один из кинезинов – «моторных белков». Кинезины используют внутриклеточное «топливо» АТФ, чтобы перемещаться в различные части клетки по «рельсам» под названием «микротрубочки». Они буквально шагают по микротрубочкам в нужном направлении.
Исследования показали возможную связь шизофрении с вариациями гена, участвующего в синтезе бетаина в организме. Более корректно называть эту конкретную молекулу бетаина «триметилглицином» (ТМГ), поскольку за годы, прошедшие после первоначального обнаружения бетаина в 19 веке, было открыто множество бетаинов с различными формулами. Пищевые добавки, содержащие бетаин, в настоящее время используются для лечения гомоцистеинурии – заболевания, характеризующегося повышенным уровнем гомоцистеина (производное метионина, способное повреждать стенки сосудов).
«Я не призываю кого-либо начинать прием бетаина без весомых причин, без рекомендации врача» - прокомментировал результаты исследования профессор Нобутака Хирокава (Токийский Университет), главный автор публикации. Команда профессора Хирокава описала все 45 генов, кодирующих белки суперсемейства кинезинов у млекопитающих. Упомянутый выше кинезин KIF3B действует в связке с другими кинезинами, перенося грузы из одной части нейрона в другую.
У исследованных мышей в геноме содержалась лишь одна рабочая копия гена KIF3B из двух возможных. Мыши с такой мутацией KIF3B считаются одной из предположительных моделей шизофрении, поскольку они демонстрируют отклонения, считающиеся «шизофреноподобными» - например, они избегают общения с другими мышами.
Более того, у таких мышей-мутантов отмечается излишняя реакция вздрагивания при воздействии внезапного резкого звукового сигнала, даже когда перед этим сигналом подается более тихий звуковой сигнал. Нормальная нервная система при предварительной подаче более тихого звукового сигнала успевает приспособиться к более громкому и резкому сигналу, и животное (либо человек) вздрагивает не так сильно, как при подаче сильного сигнала без предупреждения. При шизофрении и некоторых других отклонениях психики эта реакция, называемая «преимпульсное ингибирование реакции вздрагивания» (prepulse inhibition, PPI), ослаблена. Возможно, это отражает неспособность нервной системы пациентов достаточно эффективно фильтровать поступающие извне сигналы.
Исследователи выращивали мышей с описанной гетерозиготной мутацией гена KIF3B на диете, в которой содержание бетаина в три раза превышало норму. У таких мышей было отмечено нормальное поведение – следовательно, можно предположить, что обогащение пищи («супплементация») бетаином скорректировало именно этот механизм, отмеченный у пациентов с шизофренией.
Ученые попытались выяснить, как именно супплементация бетаином повлияла на активность нервных клеток. Они вырастили клетки с описанной мутацией KIF3B в культуре, добавив к ним флуоресцентные метки, позволяющие оценить процессы роста цитоскелета, определяющего структуру и форму клетки.
У нейронов с мутацией гена KIF3B отмечалось слишком много ветвящихся отростков – дендритов. Такая структура наблюдается в образцах тканей мозга, взятых посмертно у пациентов с шизофренией, независимо от того, какую терапию они получали при жизни.
При здоровом развитии нейрона основная часть структуры клетки образована скелетным белком под названием «тубулин», в то время как конус роста – структура, находящаяся на острие аксона либо дендрита и нащупывающая путь для соединения с другим нейроном – содержит хаотически перемещающиеся филаменты (нити), состоящие из белка под названием «актин». Хаотический танец актиновых филаментов описывают термином «динамика ламеллоподий» (латинск. lamina – тонкая пластинка, древнегреч. podion – ножка).
При патологии гена KIF3B динамика ламеллоподий ослаблена, а граница между тубулином и актином размыта. За сборку актиновой части нейронального цитоскелета отчасти отвечает белок CRMP2. Химический анализ образцов мозга как мышей, мутантных по KIF3B, так и пациентов с шизофренией выявляет значительные повреждения белка CRMP2, приводящие к образованию сгустков из налипших друг на друга белков.
Известно, что бетаин способен предотвращать «карбонильный стресс» - процесс, приводящий к описанной выше дисфункции белка CRMP2. «Посмертный анализ тканей мозга пациентов с шизофренией говорит о том, что карбонильный стресс наиболее сильно поражает именно белок CRMP2. Скорее всего, бетаин позволяет устранить негативное воздействие карбонильного стресса при шизофрении», - пояснил профессор Хирокава.
Защищая белок CRMP2 от повреждений, бетаин позволяет нейронам, мутантным по гену KIF3B, выстраивать нормальный цитоскелет. При наличии нормального цитоскелета белку KIF3B, пусть даже и ослабленному мутацией, удается доставлять грузы по необходимым адресам внутри клетки. Было также выявлено взаимодействие белков KIF3B и CRMP2 при исследованиях «в пробирке», однако точный характер этого взаимодействия еще предстоит выяснить.
«Поскольку в тканях мозга при шизофрении отмечается снижение концентрации бетаина, наше исследование заставляет всерьез задуматься о возможной терапевтической роли бетаина по меньшей мере при некоторых типах шизофрении», считает профессор Хирокава.
Исследовательская группа при Токийском университете планирует вступить в сотрудничество с фармацевтическими компаниями и осуществить клинические исследования супплементации бетаином при шизофрении.
(Конусы роста были впервые описаны знаменитым гистологом Сантьяго Рамон-и-Кахалем в конце 19 века. На фотографиях из Википедии к ним добавлены флуоресцентные белки, позволяющие рассмотреть их структуру)
Научная публикация: Shogo Yoshihara, Xuguang Jiang, Momo Morikawa, Tadayuki Ogawa, Sotaro Ichinose, Hirooki Yabe, Akiyoshi Kakita, Manabu Toyoshima, Yasuto Kunii, Takeo Yoshikawa, Yosuke Tanaka, Nobutaka Hirokawa. 13 April 2021. Betaine ameliorates schizophrenic traits by functionally compensating for KIF3-based CRMP2 transport. Cell Reports. DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108971
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108971
22 апреля 2021 года
Автор новости: переводчик Тимеев Артем Геннадьевич (обращайтесь за переводами по адресу Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.)