При болезни Альцгеймера обнаружили еще один измененный фермент

Активная форма меприна-β повышена в мозге и спинномозговой жидкости — и может быть частью порочного круга, связанного с бета-амилоидом

Чтобы понять открытие, нужно сначала понять, откуда берется бета-амилоид

Бета-амилоид не существует в клетке как самостоятельный большой белок, ожидающий своего часа. Он образуется из гораздо более крупной молекулы — белка-предшественника амилоида, или APP.

Представьте APP как длинную ленту, встроенную в клеточную мембрану. Специальные ферменты-протеазы разрезают эту ленту в определенных местах. От того, где именно сделаны разрезы, зависит, какие фрагменты получатся.

Один из путей обработки APP может привести к образованию бета-амилоида. В нем важную роль играет фермент BACE1 — основная β-секретаза нейронов.

Поэтому BACE1 много лет находился в центре исследований болезни Альцгеймера.

Однако он не единственный фермент, способный выполнять подобный разрез. Существуют так называемые альтернативные β-секретазы. Одна из них — меприн-β.

Именно ее исследовала группа Серджио Эскамильи и Хавьера Саэса-Валеро.

Меприн-β интересен не просто потому, что он умеет разрезать APP

Меприн-β — цинк-зависимая металлопротеаза, то есть фермент, использующий ион цинка для расщепления белков.

Клетка сначала производит его в неактивной форме — зимогена. В таком состоянии фермент можно сравнить с инструментом с установленным предохранителем: молекула уже существует, но ее каталитическая функция еще не активирована.

После удаления специального участка — пропептида — возникает зрелая форма меприна-β.

Для исследователей поэтому важно было не просто спросить: «Сколько меприна-β находится в мозге?»

Гораздо интереснее другой вопрос: какая именно его форма изменяется при болезни Альцгеймера?

Что обнаружили в мозге людей с болезнью Альцгеймера

Авторы исследовали образцы фронтальной коры и разделили случаи болезни Альцгеймера по стадиям Браака — системе, отражающей распространенность характерных нейропатологических изменений.

В исследование вошли 37 образцов с патологией Альцгеймера: 13 на стадиях Braak I–II, 12 на III–IV и 12 на V–VI. Контрольную группу составили 14 человек без деменции.

Результат оказался неодинаковым на разных стадиях заболевания.

На ранних стадиях значимого повышения зрелой формы меприна-β не обнаружили. Не было его и на промежуточных стадиях.

А вот при Braak V–VI уровень зрелой формы оказался примерно на 40% выше контрольного.

При этом количество незрелой формы фермента — зимогена — на поздних стадиях статистически значимо не увеличивалось.

Это важная деталь: исследование указывает не просто на накопление белка вообще, а на изменение определенного состояния меприна-β.

Еще раньше начинались изменения на уровне гена. Количество матричной РНК MEP1B — промежуточной молекулы, отражающей считывание генетической инструкции для производства меприна-β, — было повышено примерно вдвое на стадиях Braak III–IV и примерно на 81% на стадиях V–VI по сравнению с контролем.

Самый интересный вопрос — причина это или следствие

Образцы человеческого мозга могут показать связь, но сами по себе не отвечают на вопрос, что произошло первым.

Повышенный меприн-β может способствовать патологическому процессу.

Но возможен и обратный сценарий: патологический процесс при болезни Альцгеймера сам увеличивает количество меприна-β.

Чтобы приблизиться к ответу, исследователи провели отдельный эксперимент.

Они получили человеческие нейроны из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток — клеток, которые были перепрограммированы и затем превращены в нейроны.

После 60 дней созревания клетки на 24 часа подвергли воздействию Aβ42 — одной из форм бета-амилоида.

И произошло то, что делает эту работу особенно интересной.

Уровень зрелой формы меприна-β вырос примерно на 69%, а его незрелой формы — примерно на 50% по сравнению с контрольными клетками.

То есть бета-амилоид сам оказался способен запускать изменение меприна-β.

Здесь появляется возможный порочный круг

Вот ключевой поворот исследования.

Меприн-β способен участвовать в расщеплении APP по β-секретазному пути и тем самым влиять на образование бета-амилоида. Предыдущие эксперименты на животных уже показывали, что удаление гена меприна-β может уменьшать содержание Aβ в мозге, тогда как усиленная экспрессия меприна-β способна увеличивать растворимый Aβ.

Теперь появилась другая сторона этой связи: Aβ42 повышал уровень меприна-β в человеческих нейронах.

Получается возможная петля:

• меприн-β участвует в процессинге APP;
• этот процесс может способствовать образованию бета-амилоида;
• накопление бета-амилоида, в свою очередь, может повышать уровень меприна-β;
• повышенный меприн-β потенциально способен поддерживать патологический процесс.

Авторы поэтому предлагают рассматривать повышение меприна-β как поздний, зависящий от контекста ответ на патологический дисбаланс Aβ, который может становиться частью порочного круга болезни.

Но слово «возможный» здесь особенно важно. Исследование не доказывает, что именно такой цикл является причиной развития болезни Альцгеймера у человека.

Еще один сигнал обнаружился в жидкости вокруг мозга

Исследователи сделали еще один важный шаг: изучили спинномозговую жидкость.

Это жидкость, окружающая головной и спинной мозг. Ее состав позволяет получать информацию о биологических процессах, происходящих в центральной нервной системе, поэтому именно здесь уже измеряют некоторые важные биомаркеры болезни Альцгеймера.

Ученые сравнили образцы 15 пациентов с биомаркерным профилем болезни Альцгеймера и 15 человек контрольной группы.

У пациентов уровень зрелой формы меприна-β составлял в среднем 171% от контрольного уровня, то есть был примерно на 71% выше.

Незрелая форма существенно не отличалась.

Похожую картину получили у трансгенных крыс TgF344-AD, у которых развивается связанная с бета-амилоидом патология: уровень меприна-β в спинномозговой жидкости оказался примерно на 63% выше, чем у обычных животных.

Таким образом, наблюдение повторилось сразу в нескольких экспериментальных системах: в человеческом мозге, человеческой спинномозговой жидкости, культуре человеческих нейронов и животной модели.

Новый биомаркер болезни Альцгеймера? Пока рано

Само присутствие повышенного меприна-β в спинномозговой жидкости делает очевидным следующий вопрос: нельзя ли использовать его для диагностики?

Теоретически такая возможность существует. Авторы прямо рассматривают определение меприна-β в биологических жидкостях как направление для дальнейшего исследования.

Но между «молекула изменена при заболевании» и «у нас появился новый диагностический маркер» лежит большая дистанция.

В работе было всего 15 пациентов с болезнью Альцгеймера и 15 контрольных участников в анализе спинномозговой жидкости. Более того, уровни меприна-β не коррелировали с основными уже используемыми ликворными биомаркерами заболевания.

Неизвестно также, насколько специфично повышение меприна-β именно для болезни Альцгеймера. Этот фермент присутствует в разных тканях и может изменяться при воспалительных, нейродегенеративных, онкологических и фибротических процессах.

Поэтому сегодня говорить о новом клиническом тесте нельзя.

Есть еще одно важное ограничение — ученые измеряли белок, а не его работу

Авторы называют зрелую форму меприна-β предположительно активной. Это не случайная осторожность.

Исследователи измеряли количество белка, но непосредственно ферментативную активность меприна-β не определяли.

А это не одно и то же.

Работа фермента зависит не только от того, сколько его присутствует. На нее могут влиять молекулярное окружение, взаимодействие с другими белками, состояние мембран и доступность необходимых кофакторов. Меприн-β, например, является цинк-зависимым ферментом.

Есть и другие ограничения. Исследование было поисковым и заранее не зарегистрированным, размер выборки предварительно не рассчитывался. Образцы мозга и спинномозговой жидкости принадлежали разным людям, поэтому невозможно напрямую показать, что повышение меприна-β в жидкости отражает его повышение в мозге одного и того же пациента.

Сами авторы поэтому призывают интерпретировать результаты осторожно и считают необходимым независимое воспроизведение результатов на значительно более крупных группах.

Почему эта работа важнее, чем просто поиск еще одного маркера

Главный интерес исследования может оказаться не диагностическим.

Оно показывает, насколько сложнее реальная биология болезни Альцгеймера привычной схемы «образовался амилоид — накопились бляшки».

APP перерабатывается сетью взаимодействующих ферментов. Один и тот же фермент может влиять на несколько белковых систем, конкурировать с другими протеазами и сам регулироваться изменениями, возникающими в больном мозге.

Меприн-β находится именно в такой сети.

Поэтому следующий этап исследований — понять не просто, повышается ли этот белок, а что это повышение реально делает: усиливает ли образование патологических форм Aβ, является ли защитной или компенсаторной реакцией в каких-то условиях, отражает ли позднюю стадию болезни и можно ли надежно измерять его активность.

Только после этого станет понятно, является ли меприн-β потенциальной терапевтической мишенью, биомаркером или прежде всего еще одним элементом сложной молекулярной картины болезни Альцгеймера.