Исследователи из Боннского университета (Германия) определили ранее неизвестную генетическую программу плодовой мушки. Включенный генетический материал контролирует развитие нейронов, а также защищает их от дегенерации. Они практически не изменились в ходе эволюции за сотни миллионов лет и также существуют в сопоставимой форме у людей. По первоначальным данным, они предположительно там выполняют аналогичные задачи. Таким образом, результаты могут также стать отправной точкой для новых активных ингредиентов для нейродегенеративных заболеваний. Они опубликованы в журнале Neuron .
Мозг плодовой мушки немногим больше точки на i, но, тем не менее, состоит из примерно 100 000 нейронов. В человеческом мозгу почти в миллион раз больше нейронов. И другие различия между этими двумя органами мышления также значительны - в конце концов, пути Drosophila melanogaster (так этот вид известен под своим научным названием) и Homo sapiens разделились несколько сотен миллионов лет назад в ходе эволюции.
Тем не менее между этими двумя организмами есть поразительные параллели. Текущее исследование обнаружило еще один из них. Исследовательская группа под руководством профессора Дитмара Шмукера из Института LIMES при Боннском университете исследовала, какую функцию играет определенный генетический материал плодовой мухи в развитии ее мозга. «Мы специально отключили отдельные гены и наблюдали, как в результате изменились нейроны», - объясняет Шмукер, занимающий должность профессора Гумбольдта в Бонне с 2019 года. «Во время этого мы обнаружили ген под названием WNK, который выполняет невероятную двойную роль. . "
WNK выполняет двойную роль
Решающее открытие было сделано ведущим автором исследования доктором Азаде Изадифар, докторантом в рабочей группе Шмукера. Ей удалось показать, что WNK необходим для соединения нейронов во время развития нервной системы. Если ген отсутствует, например, из-за экспериментально индуцированной мутации, то разветвление аксонов не происходит. Эти аксоны представляют собой кабельные ответвления клеток, которые передают электрические сигналы другим нейронам. Обычно они связаны с множеством различных рецепторных клеток через синапсы. «Без белка WNK функциональные аксональные ветви в основном отсутствуют», - подчеркивает Изадифар.
Однако у взрослых животных WNK, по-видимому, защищает существующие аксоны. Если генетический материалвыключается в это позднее время, ветви у взрослых животных дегенерируют. «Обе функции могут быть двумя сторонами одной медали», - предполагает Шмукер. Это связано с тем, что WNK, по-видимому, является частью регуляторной сети, которая контролирует как формирование во время развития, так и дегенерацию нейронных связей у взрослых животных. Ген содержит схему так называемой киназы. Это относится к ферменту, который «склеивает» определенные химические компоненты с другими белками, таким образом контролируя их активность. Киназа WNK регулирует и поддерживает фактор, называемый NMNAT, который защищает нейроны. В то же время он подавляет как минимум два других белка, называемых Sarm и Axed. Известно, что оба они играют важную роль в активной нейродегенерации аксонов.
Важный баланс между защитой и дегенерацией
Однако киназа может не принимать непосредственного участия в этих противоположных процессах. Он настраивает еще неизвестный параметр и, таким образом, регулирует баланс между защитой и дегенерацией. Оба процесса важны для работы мозга.
Эти результаты могут дать новый импульс пониманию того, как нейродегенеративные заболевания возникают у людей и как их можно лечить. Это связано с тем, что киназы WNK также существуют у млекопитающих - как у мышей, так и у нас. Мало того, они также важны для защиты наших нейронов. Результаты сотрудничества с исследовательской группой под руководством профессора Франка Полле из Колумбийского университета в Нью-Йорке, по крайней мере, указывают на это направление. Команда смогла показать, что киназы WNK также важны для образования аксональных ветвей у мышей и что их потеря приводит к дегенерации аксонов. «Также известно, что определенные мутации WNK у людей приводят к повреждению нервов, называемому периферической невропатией, которое сопровождается прогрессирующими сенсорными расстройствами в руках и ногах», - объясняет Шмукер.
Шмукер надеется, что киназа WNK, возможно, может иметь терапевтическое применение в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями - например, за счет чрезмерной активации с использованием активного ингредиента, тем самым увеличивая ее способность защищать нейроны. Исследование также демонстрирует далеко идущие идеи, которые можно получить с помощью простых организмов, таких как плодовая муха. Исследовательская группа Шмукера сейчас использует вторую модельную систему - западную когтистую лягушку Xenopus tropicalis. Как позвоночное животное, оно больше похоже на людей, чем на муху. Головастики Xenopus также более или менее прозрачны. Таким образом, у живого животного можно наблюдать влияние определенных генетических манипуляций на рост и дегенерацию нейронов .
