14 February 2023, 22:00

Белок-защитник может лежать в основе нейродегенеративных болезней и старения

Российские ученые вместе с зарубежными коллегами выяснили, что ядерный белок сиртуин-6 является центральным регулятором активности клеточных «энергостанций»-митохондрий в головном мозге. Он участвует в защите ДНК от повреждений, метаболизме жиров и глюкозы и во многих других важных процессах, кроме того, без него нарушается энергоснабжение клетки. Примерно то же самое происходит с нейронами при старении и нейродегенеративных заболеваниях, а потому результаты исследования помогут разработать новые подходы к профилактике и лечению этих болезней.

Белок-защитник может лежать в основе нейродегенеративных болезней и старения
Source: Robina Weermeijer / Unsplash

Старение на клеточном уровне сопровождается нестабильностью генома из-за «износа» систем восстановления поврежденной ДНК. Как следствие, нарушается работа закодированных в ДНК белков, которые в целом управляют жизнедеятельностью клетки. Очень критичным и наиболее заметным оказывается ухудшение функций ее «энергетических станций» — митохондрий: клетка, как телефон с севшей батарейкой, может лишь минимально поддерживать свою работоспособность или вовсе прекращает ее и умирает. Так происходит и при старении, и из-за дегенеративных патологий, например болезней Альцгеймера и Паркинсона, а значит, механизмы у этих состояний схожи.

Исследователи Сколковского института науки и технологий (Москва) вместе с зарубежными коллегами сосредоточились на изучении функции ядерного белка млекопитающих сиртуина-6, который может отщеплять небольшую группу атомов от «упаковщиков» ДНК и тем самым контролировать ее сворачивание и разворачивание, а значит, и активность генов. Он обеспечивает целостность наследственного материала и концевых участков хромосом — теломер (одна из гипотез старения как раз связана с их укорочением), — регулирует обмен веществ клетки, а еще играет важную роль в защите от болезней, связанных со старением и разрушением нейронов. Авторы решили выяснить, каким именно образом этот белок влияет на работу митохондрий в мозге мышей.

Участниками эксперимента стали мыши с поломкой гена сиртуина-6 — то есть этого белка у них было меньше нормы. Биологи выделили из мозга животных РНК и расшифровали ее последовательность, чтобы понять, какие именно гены работают в нейронах. Также ученые проанализировали количество веществ, связанных с активностью митохондрий. 

Результаты работы показали, что недостаток сиртуина-6 приводит к патологическим изменениям. Так, оказались затронуты почти 3 000 генов, и особенно пострадали те, что связаны с митохондриями. Это подтвердилось и нарушениями в метаболизме последних: в образцах стало меньше веществ-участников окислительного фосфорилирования, в результате которого энергия питательных веществ запасается в виде базовой «энерговалюты» живых организмов — аденозинтрифосфата (АТФ). Дыхание клеток тоже стало менее эффективным. Авторы отметили прямую связь между недостатком сиртуина-6 и гибелью митохондрий — при снижении уровня белка на 20% примерно на столько же меньше стало этих органелл в клетках мозга мышей. Все эти драматические последствия объясняются богатством контактов сиртуина-6 с другими белками. Основные из них — широко распространенный в клетке транскрипционный фактор YY1, с которым белок буквально работает в паре, и его родственники и «заместители» в митохондриях сиртуин-3 и сиртуин-4. 

«Наши результаты наглядно демонстрируют, что снижение уровня сиртуина-6 в мозге пожилых может быть едва ли не основной причиной возрастных нейродегенеративных заболеваний. Теперь нам предстоит разобраться в деталях: почему так происходит. Сейчас мы пытаемся проверить гипотезу, что все может быть завязано на упаковку ДНК, ведь сиртуин-6 отщепляет группу атомов от “упаковщиков” ДНК и тем самым контролирует ее сворачивание и разворачивание. Опубликованные результаты являются первым шагом в нашем большом исследовании, поддержанном грантом РНФ, которое посвящено изучению упаковки ДНК в норме и при различных патологиях мозга человека. Мы уже получили свои экспериментальные данные об упаковке ДНК в мозге человека и сейчас активно занимаемся их анализом», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Храмеева, кандидат биологических наук, старший преподаватель Сколтеха. 

Source:  Пресс-служба РНФ

News article publications

Read also

Коллагеновый гель позволил восстановить поврежденные нервы
С его помощью удалось восстановить работу конечности с пережатым нервом за месяц
Biomedicine
Cell Biology
Molecular Biology
Neuroscience
14 December 2022
Свечение молекул в шарообразных культурах клеток поможет бороться с нейродегенеративными и генетическими заболеваниями
Российские ученые разработали метод, который в режиме реального времени выявляет нарушения метаболизма нервных клеток
Cell Biology
Metabolomics
Molecular Biology
Neuroscience
14 December 2021
Найдена новая форма жизненно важных белков — актинов
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института цитологии РАН, Объединенного института ядерных исследований и Университета Южной Флориды (США) изучили инактивированную форму белка актина. Это исследование поможет в понимании механизмов функционирования ядра живой клетки — органеллы, в которой сосредоточен наследственный аппарат, и в разработке новых методов терапии возрастных заболеваний.
Cell Biology
Microbiology
Molecular Biology
11 February 2024
Соседние с опухолью клетки отличаются от здоровых клеток человеческого тела
Международный коллектив представил результаты исследования о воздействии раковых образований на соседние ткани. Ранее это воздействие детально не изучалось. Полученные данные помогут разработать более эффективные методы лечения онкологических заболеваний и создать лекарственные препараты нового поколения.
Cancer Research
Cell Biology
Molecular Biology
Oncology
24 January 2024
Усовершенствованные плазмиды облегчат получение терапевтически значимых белков
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН усовершенствовали конструкцию генетического вектора, с помощью которого в клетках млекопитающих можно синтезировать белки, используемые для лечения различных заболеваний, например гемофилии и бесплодия. Авторы уменьшили размер генетической конструкции на одну треть таким образом, что уровень биосинтеза модельного белка увеличился на 20%, сохранив а способность векторной плазмиды поддерживать постоянный уровень биосинтеза белков в течение 60 дней практически не изменилась.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
26 November 2023
Стареющие клетки с высоким уровнем белка p16 препятствуют омоложению тканей
Накопление клеток с большим количеством белка p16 препятствует омоложению тканей. К такому выводу ученые пришли после экспериментов, которые показали: если удалить «стареющие» клетки, богатые р16, то культуры, проходящие процедуру ре-программирования, приобретают признаки стволовых клеток эффективнее, возвращая свою «молодость». Это открытие поможет в разработке подходов для замедления старения и увеличения продолжительности и качества жизни.
Cell Biology
Cytology
Molecular Biology
13 October 2023