Некоторые из самых ранних и потенциально наиболее критических изменений в мозге, инфицированном прионами, происходят в соединениях (синапсах) между нейронами, особенно в так называемых дендритных шипах. Дендритные шипы — это выступы на постсинаптических ветвях нейрона, которые получают сигналы от других нейронов.
Однако на сегодняшний день не существует экспериментально управляемой модельной системы, в которой можно было бы изучить ранние дегенеративные изменения, вызванные прионами, в культуре клеток.Дэвид Харрис из Медицинской школы Бостонского университета, США, и его коллеги утверждали, что доступность системы нейрональных культур, чувствительной к токсическим эффектам прионов, имеет решающее значение для понимания основных механизмов и потенциальной идентификации лекарств, блокирующих нейродегенерацию. В этом исследовании они сообщают о такой системе, которая воспроизводит острую прионную нейротоксичность за счет дегенерации дендритных шипов на культивируемых нейронах гиппокампа.Исследователи начали с культивирования нейронов, изолированных из гиппокампа (области мозга, участвующей в обучении и памяти) мышей.
Эти нейроны можно поддерживать в культуре в течение трех недель, в течение которых они развивают зрелые дендриты, усеянные шипами, которые содержат химические рецепторы, принимающие сигналы от соседних нейронов.Когда культивируемые нейроны подвергались воздействию экстрактов мозга мышей с прионной болезнью (которые, как известно, содержат большое количество инфекционных прионов), они показали быстрые и драматические изменения: в течение нескольких часов произошло сильное втягивание шипов, снижение их общей плотности и размер остальных. Эти изменения в шипах произошли без крупномасштабного разрушения нейронов, что позволяет предположить, что они представляют собой очень ранние события, которые могут повлиять на функционирование нейронов до их фактической гибели. Когда исследователи использовали три различных вида очищенных прионных препаратов, они увидели аналогичное ретракцию дендритных шипов в культурах.
Известно, что развитие прионного заболевания включает изменение нормального клеточного прионного белка (обозначенного PrPC), так что он принимает ненормальную форму (обозначенный PrPSc). Образующийся PrPSc токсичен для нейронов и может распространять инфекцию, искажая форму дополнительных молекул PrPC в виде цепной реакции.Чтобы проверить, зависят ли эффекты PrPSc в их клеточных культурах от нормального PrPC нейронов, исследователи создали культуры нейронов гиппокампа мышей, которые были генетически сконструированы так, чтобы не иметь PrPC. Они обнаружили, что эти культуры были устойчивы к воздействию токсичных прионов, то есть они не проявляли каких-либо изменений в дендритных шипах, наблюдаемых в нейронах от нормальных мышей, содержащих PrPC.
Наконец, исследователи протестировали нейроны трансгенных мышей, экспрессирующих мутантные молекулы PrPC, в которых отсутствовала конкретная область, которая, как считается, взаимодействует с токсичными прионами. И действительно, исследователи обнаружили, что эти нейроны — как и нейроны без PrPC — невосприимчивы к прионной токсичности.
Исследователи резюмируют свои результаты следующим образом: «Мы описываем новую систему, которая способна воспроизводить острую прионную нейротоксичность, основанную на PrPSc-индуцированной дегенерации дендритных шипов на культивируемых нейронах гиппокампа». Они заявляют, что система «дает новое понимание механизмов, ответственных за нейротоксичность прионов, и предоставляет платформу для тестирования потенциальных терапевтических агентов».Поскольку «дендритная потеря позвоночника является общей темой для многих нейродегенеративных состояний, включая болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона, и, как предполагалось, способствует развитию клинических симптомов у пациентов», исследователи также предполагают, что их система позволяет «напрямую сравнивать патогенные микроорганизмы». механизмы, участвующие в прионных заболеваниях и других нейродегенеративных расстройствах ».