Антитіла до тау-білка пом’якшують наслідки черепно-мозкових травм

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 62

Ріс. 1. Структура мікротрубочок (вказані жовтими стрілками) у нейронах мишей. TBI (Traumatic brain injury) — після черепно-мозкової травми, Sham — у здорових тварин. Cis — мишей лікували за допомогою антитіл до ціс-форми тау-білка, IgG — мишам вводили імуноглобуліни IgG для контролю. Після травми мікротрубочки в аксонах нервових клітин деградували, якщо тільки мишам не вводили антитіла проти ціс-форми тау-білка. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Вчені отримали антитіла, за допомогою яких можна боротися з енцефалопатією — захворюванням, що виникає на тлі важких черепно-мозкових травм. Пацієнти з енцефалопатією страждають від порушень пам’яті і свідомості, головних болів і депресії. При енцефалопатії в мозку накопичуються бляшки з тау-білка, що знаходиться в певній конформації. Отримані вченими антитіла заважали утворенню таких бляшок після черепно-мозкових травм у мишей, завдяки чому вдалося зупинити патологічні процеси, які починаються в мозку тварини після травми.

Від черепно-мозкових травм може постраждати не тільки ділянка мозку, яка безпосередньо була пошкоджена. Іноді розвивається енцефалопатія — важке захворювання, що супроводжується поширенням у мозку скупчень тау-білка; простіше кажучи, виникають такі ж бляшки, як при хворобі Альцгеймера. Тканина мозку поступово починає деградувати, з’являються розлади пам’яті і свідомості, головний біль і депресія. Але досі було неясно, де в цьому випадку причина, а де слідство: порушення структури мозку виникають через скупчення тау-білка або ж, навпаки, тау-білок накопичується там, де вже почалися хвороботворні процеси? Зрозуміти, де причина, а де слідство, необхідно, щоб розробляти терапію проти енцефалопатій. Така терапія дуже стала б в нагоді тим, хто часто ризикує своєю головою — в першу чергу, військовим і спортсменам.

Вчені вирішили перевірити гіпотезу, згідно з якою бляшки з тау-білка — це причина подальшого поширення порушень у мозку після травми. Щоб утворювати бляшки, тау-білок повинен перебувати в певному стані: по-перше, бути фосфорильованим, а по-друге, прийняти так звану ціс-форму. Це означає, що два кінці амінокислотного ланцюжка, розташовані до і після певної амінокислоти, повинні бути спрямовані в один бік. Коли ці частини молекули повернуті в протилежні сторони, утворюється транс-форма тау-білка. Такий варіант тау-білка не тільки не утворює бляшок, але навіть надає благотворний ефект на стан аксонів нервових клітин, сприяючи збірці мікротрубочок. Тому, щоб позбутися бляшок, дослідники отримали антитіла, які пов’язували саме патогенну ціс-форму тау-білка, а з транс-формою не взаємодіяли. Якщо припустити, що бляшки тау-білка — це причина, а не наслідок посттравматичних енцефалопатій, то антитіла до ціс-форми тау-білка могли б перешкодити розвитку цього патологічного стану.

Для початку вчені переконалися, що антитіла до ціс-форми тау-білка зв’язуються з препаратами мозку хворих на енцефалопатії і не зв’язуються з препаратами мозку здорових людей. Важливо відзначити, що транс-форма білка, антитіла до якої теж отримали дослідники, виявлялася в зразках тканин і хворих, і здорових. Далі вчені стали стежити за накопиченням двох варіантів тау-білка у мишей, що випробували черепно-мозкові травми. Тваринам або просто давали по голові, або поміщали в спеціально сконструйований апарат, що імітує ефект ударної хвилі вибуху (експерименти, зрозуміло, проводили під анестезією). Через деякий час після травми тварини дослідники отримували препарати його мозку і фарбували їх за допомогою антитіл до ціс- і транс-форм тау-білка. Виявилося, що після травми загальна кількість тау-білка зростає за рахунок збільшення напрацювання ціс-форми білка. Слабкі пошкодження збільшували кількості цього білка короткочасно і незначно, і рівень цис-форми повертався до нормального через два тижні після травми. А ось якщо травма була більш важкою, рівень ціс-білка підскакував сильніше і вже не повертався до нормального.

Скупчення цис-форми тау-білка з’являлися в основному у аксонів нейронів — так само, як це буває у пацієнтів з енцефалопатіями. Там, де зустрічалися бляшки тау-білка, порушувалася структура мікротрубочок (рис. 1) і нормальне розташування мітохондрій (оскільки швидкий транспорт цих органелл відбувається саме вздовж мікротрубочок; мітохондрії можуть переміщатися і вздовж актинових філаментів, але такий транспорт йде повільно).

Цис-форма тау-білка поширювалася в мозку мишей, які пережили травму: якщо через два місяці після травми ця форма білка виявлялася тільки в корі, то через шість місяців вона з’являлася і в гіпокампі — структурі мозку, що зберігає «покажчики» на всі спогади. Стан нервової тканини важко травмованого мозку ставав заразно важким: коли лізати мозку мишей, які пережили важку черепно-мозкову травму, додавали до культур нервових клітин, ті починали значно частіше, ніж у нормі, йти в апоптоз (закінчувати життя самогубством). Лізати мозку здорових мишей такої реакції у культивованих клітин не викликали. Такий же важкий стан культивованих нейронів можна було викликати, ввівши в них додаткові копії гена тау-білка і ферменту, який займається його фосфорилюванням.

Цікаво, що за допомогою антитіл до ціс-форми тау-білка клітинні культури вдалося врятувати від шкідливої дії лізатів мозку травмованих мишей. Це говорило про те, що саме патогенна форма тау-білка, схильна до утворення бляшок, погіршує стан нейронів. Отже, антитіла до неї можуть допомогти організму пережити наслідки черепно-мозкової травми.

Щоб це перевірити, вчені спробували вилікувати черепно-мозкові травми мишей за допомогою антитіл до ціс-форми тау-білка. Оскільки антитіла не проходять крізь гематоенцефалічний бар’єр між кров’ю і нервовою тканиною, ін’єкції доводилося робити в шлуночки мозку тварини. Перший укол мишам робили через 15 хвилин після травми, далі — по одному уколу кожні чотири дні. Через два тижні такого лікування виявилося, що в мозку травмованих мишей не видно ні накопичення бляшок з тау-білка, ні порушень структури аксонів нервових клітин, ні частішання апоптозів. За долею деяких мишей простежили довше, роблячи їм ін’єкції антитіл кожні два тижні протягом півроку. Розвитку енцефалопатії не було помітно і на такому довгому проміжку часу (рис. 2).

Ріс. 2. Препарати нейронів кори (Cortex) і гіпокампа (Hippo) контрольних тварин (Sham) і мишей, які пережили черепно-мозкову травму (TBI). IgG — контрольні зразки, cis — тваринам вводили антитіла до ціс-форми тау-білка. Бляшки тау-білка пофарбовані червоним. Видно, що антитіла до ціс-форми тау-білка заважали утворенню бляшок як через два тижні після травми, так і через 6 місяців. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

На поведінковому рівні миші, яких не лікували після травми антитілами, відрізнялися від мишей, яких лікували, проявами ризикованої поведінки. Його у мишей оцінюють за допомогою хрестоподібного лабіринту, два рукави якого відкриті, а два закінчуються тупиками. Здорові миші, а також миші, черепно-мозкові травми яких лікували за допомогою антитіл, влаштовувалися в закритих рукавах лабіринту. Така поведінка вважається нормальною, тому що миші, як і багато інших тварин, затишніше почуваються в невеликому закритому просторі, схожому на нору. А миші, травми яких не лікували за допомогою антитіл до ціс-форми тау-білка, вели себе ризиковано і вибирали відкриті рукави лабіринту. Виходить, що антитіла допомогли запобігти нездоровій ризикованій поведінці, що виникала у мишей після черепно-мозкових травм.

Щоправда, просторову пам’ять у мишей лікування травми антитілами все-таки не поліпшило. Так що, хоча у нас тепер є перспектива отримати вакцину від енцефалопатії, голову все-таки краще берегти.

Джерело: Asami Kondo et al. Antibody against early driver of neurodegeneration cis P-tau blocks brain injury and tauopathy // Nature. 2015. Doi: 10.1038/nature14658.

Юлія Кондратенко