Иммунные клетки нервной системы называются микроглией. Их главная функция – это фагоцитоз, то есть поглощение и уничтожение вредных чужеродных частиц, в том числе умерших нейронов. Микроглия также «поедает» бета-амилоиды. Когда эти белки быстро «удаляются» микроглией, они совершенно безвредны. Однако если этого не происходит, то бета-амилоиды начинают формировать вокруг нейронов уплотнения, бляшки из самих себя. В результате нормальная жизнедеятельность нейрона нарушается, в том числе перестают образовываться синаптические связи между нервными клетками, а сам нейрон погибает. Все это, наряду с другими факторами, приводит к болезни Альцгеймера.
Почему же так происходит? Что случается с микроглией, когда она перестает выполнять свою важную функцию? Международная группа ученых выяснила, что одной из причин может быть отсутствие или мутация рецептора TREM2 у этих иммунных клеток. В состав исследовательской группы вошли сотрудники Университета Вашингтона в Сент-Луисе, а также Университета ИТМО.
Работа по изучению белка TREM2 уже несколько лет ведется в Университете Вашингтона в Сент-Луисе. Ранее было известно, что рецептор действительно влияет на иммунный ответ нервной системы, то есть на работу микроглии по уничтожению отмерших клеток, бета-амилоидов, поврежденного миелина и других ненужных веществ. Однако не было до конца понятно, как именно это проявляется. Благодаря эксперименту на мышах ученые поняли, что отсутствие или мутации в TREM2 вызывают в микроглии аутофагию. Это значит, что клетки начинают «поедать» самих себя из-за нехватки питательных веществ. Из-за этого клетки микроглии не могут защищать нервную систему от вредных веществ, в том числе бета-амилоидных бляшек, которых с возрастом становится все больше.
Ученые проводили эксперимент с мышами, у которых не было TREM2 и которые генетически были предрасположены формировать бета-амилоидные бляшки в нервной системе. Ученые предположили, что если дать мышам определенную питательную смесь, то способность их микроглии разрушать бета-амилоиды восстановится. Так и произошло. Чтобы проверить открытие, ученые в течение шести месяцев продолжили эксперимент уже с двумя группами мышей. Одним давали смесь, а другим нет, при этом у обеих групп не было TREM2. В результате мыши, которые получали дополнительное питание, были меньше подвержены эффектам болезни Альцгеймера.
Смесь, которую они использовали, – циклокреатин, а также креатин. Креатин – это азотосодержащая карбоновая кислота, которая участвует в энергетическом обмене в мышечных и нервных клетках. Может использоваться в качестве спортивной добавки для повышения выносливости и роста мышечной массы, однако креатин также связывают с вредным воздействием на сердце, почки, обмен веществ. Поэтому авторы исследования, опубликованного в Cell, категорически не рекомендуют применять креатин для улучшения здоровья пожилых людей. Сейчас ученые намерены начать поиск безопасных аналогов креатина, чтобы с их помощью поддерживать работу микроглии.
«TREM2 каким-то образом регулирует так называемый сигнальный путь mTOR, который активирует нормальный энергетический метаболизм. Когда TREM2 сломан в макрофагах и микроглии, этот путь подавляется, вызывая неполадки в метаболизме. Как именно это происходит, еще не понятно. Креатин и циклокреатин могут попадать в клетки и использоваться для генерации аденозинтрифосфата (вещество, которое имеет большое значение в обмене веществ и энергии в организмах) в обход mTOR-пути в мозге. Рецептор и циклокреатин связаны тем, что циклокреатин может использовать для питания в обход пути, который подавляется сломанным рецептором», – пояснил один из авторов статьи, руководитель группы по биоинформатике в лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО Алексей Сергушичев.
Исследователи из Университета ИТМО в рамках этой научной работы создали вычислительный метод, который упрощает интерпретацию экспериментальных данных для изучения изменений в метаболизме клеток, который нарушается при сломанном TREM2. Программа обнаруживает связи между изменениями в метаболизме и генах, что позволяет ученым разобраться, как функционируют, например, клетки иммунной системы. Для исследования работы микроглий ученые доработали метод.
«Я непосредственно анализировал данные и разрабатывал метод в целом, а магистрант кафедры компьютерных технологий Александр Лобода писал программу-солвер, чтобы можно было быстро решать задачу оптимизации, возникающую в этом методе», – сказал Алексей Сергушичев.
Статья: Tyler K. Ulland, Wilbur M. Song, Stanley Ching-Cheng Huang, Jason D. Ulrich, Alexey Sergushichev, Wandy L. Beatty, Alexander A. Loboda, Yingyue Zhou, Nigel J. Cairns, Amal Kambal, Ekaterina Loginicheva, Susan Gilfillan, Marina Cella, Herbert W. Virgin, Emil R. Unanue, Yaming Wang, Maxim N. Artyomov, David M. Holtzman, Marco Colonna, TREM2 Maintains Microglial Metabolic Fitness in Alzheimer’s Disease, Cell, 2017.
