Нейроны выводят вредные белки по трубам
Изгнав из себя по межклеточным нанотрубкам токсичные белковые комплексы, нейроны начинают чувствовать себя лучше.
Когда в клетке накапливается слишком много дефектов и молекулярного мусора, она включает программу аккуратного самоуничтожения – то, что от неё останется, подберут и переварят другие, а на её место придёт новая клетка, образовавшаяся от стволовой. Однако делать так могут позволить себе не все. Взять, к примеру, нейроны: считается, что во взрослом мозге млекопитающих новые нейроны в какой-то мере образуются, однако активности стволовых нервных клеток-предшественников явно не хватит на то, чтобы заменять нейроны, если бы им вдруг захотелось отмирать со скоростью клеток крови или эпителия кишечника. (Не говоря уже о том, что образование новых нейронов именно у человека пока ещё предмет активных дискуссий.)
В общем, от нейронов требуется как можно дольше оставаться в живых, как можно эффективнее избавляясь от опасного мусора. Особую угрозу среди молекулярного мусора представляют некоторые белки, способные слипаться в токсичные агрегаты. Такие агрегаты мешают нейронам работать, постепенно доводя их до гибели, и именно с накоплением токсичных белковых комплексов связаны нейродегенеративные заболевания, вроде болезни Альцгеймера или болезни Паркинсона. Избавиться от опасных белков можно, каким-то образом переварив их внутри себя, или просто выбросив наружу, или же целенаправленно сплавив их другим клеткам мозга – микроглиальным.
Микроглию часто называют иммунной системой мозга: хотя её клетки по происхождению отличаются от клеток настоящей иммунной системы, функции они выполняют примерно те же, то есть охотятся на патогены и убирают разнообразный мусор. Если в лабораторных условиях из стволовых нервных клеток получить нейроны и клетки микроглии, то, выращивая их вместе, можно увидеть, как между теми и другими протягиваются тончайшие нити. Эти нити обнаружили несколько лет назад и назвали туннелирующими нанотрубками. Можно предположить, что по туннелирующим нанотрубкам от клетки к клетке идут какие-то белки, комплексы белков, а то и целые органеллы. В недавней статье в журнале Neuron говорится, что всё так и есть.
На этот раз исследователи экспериментировали уже с настоящими, природными нейронами и микроглией, взятыми из мозга мыши и мозга человека. Нанотрубки между ними можно было увидеть прямо в образцах ткани. Выращиваемые в совместной культуре, клетки начинали формировать трубки, когда в нейроны вводили агрегаты из белка α-синуклеина. Он относится к тем самым белкам, которые слипаются в токсичные комплексы; комплексы из α-синуклеина свойственны болезни Паркинсона. В нейроны также вводили агрегаты из белка тау, которые появляются при болезни Альцгеймера. Тау-агрегаты появление трубок не стимулировали, но если трубки были, они, как и α-синуклеиновые агрегаты, уходили из нейрона по ним. Токсичные комплексы шли только в одном направлении, от нейрона к микроглиальной клетке. И это было видно не только в лабораторной культуре клеток, но и в живом мозге мыши, которой подсаживали нейроны с белковыми агрегатами внутри – такие нейроны протягивали трубки к местным микроглиальным клеткам, и следом в трубках появлялись те же белки «на выброс».
То, что нейроны сплавляли токсичные белковые комплексы по нанотрубкам, самим клеткам шло на пользу: они реже погибали и сохраняли здоровую возбудимость. И одним только сбросом мусора дело не ограничивалось. Белковые токсичные комплексы вредят энергетическим органеллам клетки митохондриям. Микроглиальные клетки по нанотрубкам же отправляли в нейроны здоровые экземпляры митохондрий, и во многом именно благодаря подаренным митохондриям нейроны начинали себя хорошо чувствовать.
Токсичные белковые агрегаты уходят по туннелирующим нанотрубкам от нейронов в клетки микроглии; в свою очередь, клетки микроглии по тем же нанотрубкам отправляют в нейроны здоровые митохондрии. (Иллюстрация Nature).
Нечто похожее происходит между нейронами и другими вспомогательными клетками нервной системы, астроцитами: мы как-то писали, что астроциты тоже делятся клеточными «батарейками» с нейронами, попавшими в трудную жизненную ситуацию. Также известно, что клетки микроглии образуют нанотрубчатую сеть и между собой тоже. Однако неясно, насколько сброс опасных белков по нанотрубкам и обмен митохондриями между нейронами и другими клетками мозга действительно помогает нейронам выживать. Как было сказано выше, неприятный молекулярный мусор можно просто выбросить наружу, а там его кто-нибудь съест. Если говорить о долях и процентах, то пока что в эксперименте очень трудно отделить такой способ клеточной очистки от нанотрубочного.
Также остаётся много вопросов касательно собственно нанотрубок. Как часто они образуются, какие стрессовые факторы играют тут роль, имеет ли значение разновидность нейрона (которых, как мы знаем, великое множество), наконец, как клеткам удаётся организовать потоки белковых комплексов и митохондрий только в одну сторону, то есть белковых комплексов – из нейронов, митохондрий – из микроглии? Очевидно, тут должны работать белки цитоскелета и внутриклеточного транспорта, но деталей здесь явно не хватает. Как бы то ни было, сами эти трубки – достаточно любопытный феномен, так что изучать их будут и дальше, тем более что они и впрямь могут иметь отношение к развитию нейродегенеративных болезней.