Болезнь гентингтона что это такое

Болезнь Гентингтона (хорея Гентингтона, хорея наследственная, хорея дегенеративная, хореическая деменция) – это генетически обусловленная патология нервной системы, которая медленно прогрессирует. Это редкое заболевание, которое сопровождается патологическими внезапно возникающими непроизвольными движения в одной или нескольких группах мышц, психическими расстройствами, слабоумием. Как правило, недуг проявляется после 20 лет, в редких случаях характерные симптомы наблюдаются у детей. К сожалению, пока патология неизлечима, чтобы снизить ее развитие и снизить выраженность симптомов, пациенту назначают лекарственные препараты.

Причины хореи наследственной

Хорея в переводе с греческого означает пляска. Этот термин используют медики для обозначения хаотических, непроизвольных движений мышц, которые быстро сменяют друг друга. Больной не способен контролировать свое тело, а его движения чем-то напоминают танец. Как правило, эти симптомы появляются на ранних стадиях патологии.

Точные причины генетического заболевания не до конца изучены, известно, что оно возникает в результате мутации гена НТТ. Он локализован на конце короткого плеча четвертой хромосомы. Этот ген кодирует белок гентингтин, функции которого неизвестны.

Медики доказали, что хореическая деменция возникает, когда увеличивается количество тринуклеотидных повторов (цитозин-аденин, гуанин, сокращенно ЦАГ). Эта генная запись отвечает за аминокислоту глутамин, которая входит в состав белка гентингтина. Тогда удлиняется цепочка аминокислот и структура последнего нарушается. Это приводит к тому, что белок гентингтин меняет свою информацию, слипается с другими белками, это вызывает гибель нейронов и нарушение работы ЦНС. Как следствие, проявляются симптомы болезни хорея Гентингтона.

У здорового человека количество тринуклеотидных повторов составляет 36 ЦАГ, при хореической деменции их число превышает 37, иногда этот показатель достигает 121. Как утверждают медики, чем большее количество тринуклеотидных повторов в гене НТТ, тем раньше проявляется патология. Длина повторов может увеличиваться, если мутированный ген передался от отца. При передаче гена от матери количество повторов может нарастать или снижаться.

При хорее Гентингтона поражаются нервные клетки как в наружной оболочке мозга, так и в глубинных структурах. Это приводит к тому, что объем и масса органа со временем уменьшается. Нервные клетки замещаются бесполезной соединительной тканью. Патологические изменения приводят к появлению непроизвольных движений, психических нарушений, слабоумия.

Виды и формы патологии

Существует 2 вида хореи наследственной:

  • Классическая. Клинические проявления наблюдаются после 35 лет. Патология передается от одного из родителей, медленно прогрессирует. Иногда случается так, что характерные симптомы проявляются слишком поздно, поэтому больной даже не подозревает о своем состоянии. В таком случае он может умереть от другого заболевания.
  • Вестфаль-вариант. Этот вид патологии встречается в 7 – 10% всех случаев. Мутированный ген передается по отцовской линии. Чаще всего болезнь проявляется после 20 лет. Этот вид хореи Гентингтона отличается быстрым развитием.

Кроме того, различают следующие формы патологии:

  • Классическая. Основные клинические проявления – гиперкинезы (непроизвольные, хаотичные движения).
  • Акинетико-ригидная. Для этого варианта болезни характерен повышенный мышечный тонус, а гиперкинезы практически не заметны.
  • Психическая. Недуг проявляется психическими расстройствами, например, ослаблением памяти, замедлением мыслительных процессов, повышенной раздражительностью.

Как видите, каждая форма болезни Гентингтона отличается клиническими проявлениями.

Симптомы

При классической форме хореи наследственной мышечный тонус ослабленный, а при ювенильной (Вестфаль-вариант) – повышенный. В первом случае у пациента преобладают хаотические движения, а во втором – гиперкинезы незначительные. Однако при ювенильной форме патологии вероятность летального исхода в раннем возрасте намного выше.

Первые признаки типичной формы хореической деменции:

  • гримасы во время разговора;
  • больной часто причмокивает губами, шмыгает носом;
  • человек хмурит брови;
  • пациент часто и без причины вздыхает, издает странные неуместные звуки, например, хрюкает;
  • больной высовывает язык и т. д.

По мере развития синдрома Гентингтона, странная мимика дополняется непроизвольными движениями. Тогда больной кивает головой, приплясывает, размахивает руками, шатается в стороны, скрещивает руки и ноги. Ему становится тяжело глотать, нарушается речь, тогда сложно разобрать, что он говорит. Человек не может зафиксироваться в определенной позе, удержать взгляд на предмете дольше 20 секунд, удерживать руку, сжатую в кулак. На ранних этапах хореи дегенеративной больной еще может контролировать непроизвольные движения, но постепенно эта способность утрачивается.

Затруднение глотания может приводить к тому, что пища попадает в дыхательные пути. Тогда повышается риск развития воспаления легких.

Со временем симптомы болезни Гентингтона изменяются. Тогда гиперкинезы могут исчезать, движения замедляются, повышается тонус мышц, больной уже не может обслуживать себя, как раньше. Со временем у него не получается выполнить даже примитивные действия, например, завязать шнурки, есть с помощью столовых приборов и т. д.

При заболевании сила мышц сохраняется, расстройства чувствительности отсутствуют. Со временем возникает нистагм – это заболевание, которое проявляется непроизвольными колебательными движениями глаз. На поздней стадии больной страдает от нарушений мочеиспускания.

Как уже упоминалось, при наследственной хорее возникают психические расстройства. Это проявляется повышенной раздражительностью, нарушениями сна, снижением концентрации внимания, памяти. Тогда повышается риск появления вредных привычек, например, злоупотребление алкоголем, прием наркотических веществ, гиперсексуальность. Со временем нарушения психики становятся более выраженными. Это проявляется приступами агрессии, бредовыми идеями, мыслями о суициде, галлюцинациями. Со временем человек становится неадекватным.

У больного стремительно снижаются интеллектуальные способности, ему тяжело ориентироваться в знакомой обстановке, он перестает узнавать близких. Эти негативные изменения приводят к слабоумию (деменция). За такими больными нужно постоянно ухаживать.

После начала развития патологии человек проживает не больше 20 лет. Летальный исход наступает из-за тяжелых осложнений.

Для ювенильной формы болезни характерно злокачественное течение. Гиперкинезы не так заметны, однако возможна эпилепсия. У больного раньше нарушается речь. Смертельный исход возможен через 8 лет.

Установка диагноза

Наиболее достоверный метод выявления патологии – это молекулярно-генетическое исследование. Самый распространенный материал для анализа – кровь из вены. Достоверность этой методики достигает 99%. Для выявления мутировавшего гена назначают ПЦР (полимеразная цепная реакция), во время которого исследуется венозная кровь. Это исследование поможет вычислить количество повторений ЦАГ, если их больше 36, то речь идет о болезни Гентингтона.

Патологию можно выявить во время беременности или ЭКО (во время отбора эмбрионов для оплодотворения). Для этой цели тоже применяют метод ПЦР.

При подозрении на хорею Гентингтона нужно посетить невропатолога. Врач соберет анамнез, проведет неврологические тесты.

Для выявления патологических изменений в головном мозге, назначают инструментальные исследования:

  • Компьютерная томография используется для оценки функциональности головного мозга, позволяет выявить нарушения в нем.
  • Магнитно-резонансная томография – это более информативный метод, чем КТ. Кроме оценки состояния мозга, МРТ позволяет исследовать миелиновую оболочку нервов, выявить или исключить аутоиммунные болезни.
  • ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография) – это высокоинформативный метод, позволяющий оценить интенсивность обмена и транспорта веществ в ЦНС. Во время процедуры пациенту в вену вводят радиофармпрепарат, который скапливается в местах наиболее интенсивного обмена веществ. Эта методика позволяет определить наследственную хорею на ранних стадиях еще до появления первых симптомов.

Электроэнцефалография позволит оценить электрическую активность мозга.

Лечение хореи Гентингтона

Классический и ювенильный вариант болезни лечатся пожизненно. Для этой цели применяются лекарственные препараты. Терапией занимается невропатолог или нейрохирург. Кроме того, пациенту и его близким необходима помощь психотерапевта, так как патология в любом случае будет прогрессировать, а это вызывает подавленность и депрессию.

Читайте также:  Миелопатия шейного отдела позвоночника

Кроме невропатолога, пациенту может понадобиться консультация других специалистов: психотерапевт, логопед, офтальмолог, гастроэнтеролог и т. д.

Клинические рекомендации при болезни Гентингтона такие:

  • Постоянно принимать медикаменты, которые назначил врач.
  • Посещать физиотерапевтические процедуры по рекомендации специалиста.
  • Выполнять специальные упражнения под руководством инструктора.
  • Корректировать рацион. В меню следует включить высококалорийные продукты.

Основное лечение проводится с применением медикаментов, которые помогают снизить выраженность симптомов болезни:

  • Тетмодис, который относится к ингибиторам везикулярного переносчика моноаминов. Этот препарат на основе тетрабеназина уменьшает выраженность гиперкинезов.
  • Антипсихотические средства, например, Галоперидол, Ридазин, Модитен, Пимозид, Эглонил, Сонапакс, Азалептин. Они нормализуют эмоциональный фон, ослабляют неврологические нарушения, уменьшают интенсивность двигательных расстройств.
  • Бензодиазепины – это психотропные препараты, которые обладают снотворным, седативным, миорелаксующим, противосудорожным действием. Они помогают снизить тревожность, нормализуют биохимические процессы в мозгу. Для этих целей применяют Клоназепам, Феназепам, Диазепам.
  • Антидепрессанты. К этой группе относятся трициклики (Амитриптиллин), а также ингибиторы обратного захвата серотонина (Флуоксетин). Эти лекарственные средства помогают справиться с депрессией, отвлечь от мыслей о суициде.
  • Резерпин – это препарат, который является алкалоидом, выделенным из раувольфии змеиной (кустарник). Он снижает запасы дофамина в нервных клетках.
  • Противоэпилептические препараты на основе вальпроевой кислоты помогают купировать или ослабить мышечные спазмы, судорожные приступы. Для этой цели применяют Конвулекс, Депакин.
  • Противопаркинсонические средства (Левадопа) назначают на поздних этапах патологии при повышении тонуса мышц.

Раньше медики пытались вылечить болезнь Гентингтона хирургическим методом. Для этого проводились стереотаксические операции на головном мозге. Однако оперативное вмешательство не давало эффекта, поэтому врачи отказались от попыток вылечить болезнь таким способом.

Современные медики постоянно проводят исследования в области генетики и молекулярной биологии, чтобы создать препараты, которые помогут остановить увеличение повторов ЦАГ.

Осложнения

Как уже упоминалось, болезнь проявляется гиперкинезами, поэтому больной не способен контролировать свое тело. Это грозит травмами, асфиксией (удушье) во время приема пищи. Существует вероятность обструкции дыхательных путей, что может привести к гибели больного.

Из-за расстройств психики у пациента появляются навязчивые идеи, склонность к суициду, неадекватным поступкам. На поздних стадиях возникают галлюцинации, развивается слабоумие.

Через некоторое время после проявления первых симптомов болезни Гентингтона, человек утрачивает способность обслуживать себя самостоятельно. Кроме того, во время патологии повышается риск воспаления легких, сердечной недостаточности, что может привести к летальному исходу.

Прогноз

Хорея Гентигнтона – это неизлечимая патология, которая имеет неблагоприятный прогноз при любой форме. Больной постепенно теряет способность обслуживать себя самостоятельно, страдает от сильных психических расстройств.

При классической хорее длительность жизни составляет от 15 до 20 лет. При ювенильной форме патологии летальный исход наступает в среднем через 8 лет.

Чаще всего больные погибают из-за осложнений. Примерно в 5% случае смерть наступает в результате суицида.

Самое важное

Болезнь Гентингтона – это опасная генетическая патология, которая не поддается лечению. При классической хорее пациент погибает через 15 – 20 лет, а при ювенильной – спустя 8 – 10 лет. Лекарственные препараты помогают ослабить симптомы заболевания, но не останавливают его развитие. Таким больным и их близким необходима психотерапевтическая поддержка, чтобы настроить их на позитивный лад и отвлечь от мыслей о суициде.

Болезнь Гентингтона — См. Хорея Гентингтона … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

Болезнь Хантингтона — МКБ 10 G … Википедия

ГЕНТИНГТОНА БОЛЕЗНЬ — ГЕНТИНГТОНА БОЛЕЗНЬ, см. Хорея … Большая медицинская энциклопедия

Гентингтона хорея — I Гентингтона хорея (G.S. Huntington, американский невропатолог. 1851 1916; синоним: хроническая прогрессирующая хорея, наследственная хорея, хореическая деменция) хроническое наследственное прогрессирующее заболевание, характеризующееся… … Медицинская энциклопедия

Гентингтона хорея — (G. S. Huntington, 1851 1916, амер. врач; син.: Хантингтона хорея, хорея дегенеративная, хорея наследственная, хорея прогрессирующая хроническая) наследственная болезнь нервной системы с преимущественным поражением мелких клеток полосатого тела и … Большой медицинский словарь

Хорея Гентингтона (Huntington’s chorea) — X. Г., известная тж как болезнь Гентингтона, яв ся наследственно обусловленным расстройством ЦНС, впервые описанным Джорджем Гентингтоном в 1872 г. Надежных данных о ее распространенности нет в связи с высокой частотой ошибок диагностики и фактов … Психологическая энциклопедия

Деменция при болезни Гентингтона — А. Должны выявляться общие критерии деменции (G1 G4). Б. Подкорковые функции обычно нарушаются первыми и эти нарушения доминируют в клинической картине на протяжении всего заболевания, поражение подкорки проявляется замедленностью мышления и… … Классификация психических расстройств МКБ-10. Клинические описания и диагностические указания. Исследовательские диагностические критерии

Хорея Гентингтона — Болезнь Хантингтона МКБ 10 G10., F02.2 МКБ 9 333.4 … Википедия

Хорея Гентингтона — – Гентингтона хорея. * * * Наследственное прогрессирующее заболевание, проявляющееся чаще после 35–40 лет жизни хореическими гиперкинезами в сочетании с деменцией, изменениями в эмоциональной сфере. Возможны эпилептические припадки, психические… … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

Пика болезнь — I Пика болезнь (A. Pick, чешский психиатр и невролог, 1851 1924) прогрессирующая психическая болезнь, характеризующаяся развитием тотального слабоумия и очаговыми корковыми расстройствами с доминированием распада экспрессивной речи. Средний… … Медицинская энциклопедия

29 октября 2013

  • 7568
  • 6,8
  • 6
  • 3

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

С увеличением средней продолжительности жизни все больше людей страдают от болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона. К сожалению, годы исследований пока не привели ученых к открытию причин развития этих заболеваний и возможной терапии. Это связано, главным образом, с тем, что почти ничего не известно о факторах, вызывающих болезнь, а также с тем, что очень мало пациентов имеют генетическую предрасположенность. Чаще всего эти заболевания являются спорадическими, т.е. причины их возникновения не установлены. Это приводит к бесконечным спорам — никто не знает, как искусственно вызвать это заболевание у модельных животных для экспериментов и поиска лекарств. Поэтому все больше ученых обращают свое внимание на генетические заболевания нервной системы, такие как болезнь Хантингтона (БХ). Это заболевание также, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, относится к группе нейродегенеративных заболеваний, с которыми его объединяет ряд схожих черт: гибель нейронов центральной нервной системы, накопление амилоидоподобных агрегатов белков, когнитивные и двигательные нарушения у больных. При этом БХ имеет важное преимущество с точки зрения исследователей, т.к. известно, какая мутация вызывает это заболевание. Это дает возможность создавать точные генетические модели и исследовать их на животных. Это важно, потому что если мы поймем патогенез болезни Хантингтона, то нам легче будет разобраться и со спорадическими нейродегенеративными заболеваниями. Это мы и попытались сделать в своем исследовании.

Болезнь Хантингтона

Первый симптом болезни Хантингтона — непроизвольные подёргивания конечностей, торса и лицевых мышц. Довольно часто они сопровождаются резкими сменами настроения, депрессией, раздражительностью, неразборчивостью речи и неуклюжестью движений. По мере прогрессирования болезни, к этим симптомам добавляются затруднения или боль при глотании, неустойчивость походки, потеря равновесия, нарушение мыслительных функций и ухудшение памяти. В конце концов, больной теряет способность передвигаться без помощи посторонних и умирает обычно от пневмонии, остановки сердца или других осложнений.

Читайте также:  Аллергия на нервной почве симптомы лечение у взрослых

Важной для врачей и исследователей особенностью БХ является то, что это заболевание является наследственным и вызывается мутацией в одном-единственном гене. Оказалось, что к развитию БХ приводит увеличение количества повторов триплета CAG, кодирующего глутамин, в первом экзоне гена белка хантингтина. При этом, чем больше количество повторов этого триплета, тем раньше начинается развитие заболевания. В норме в человеческой популяции встречается от 10 до 35 повторов. У пациентов с БХ количество повторов может быть от 36 до 121, при ювенильной форме — от 50 и выше [2]. Благодаря выявлению генетической основы заболевания, диагностика БХ в настоящее время не представляет проблемы; кроме того, возможной стала пренатальная диагностика заболевания и проверка эмбрионов перед имплантацией при ЭКО, которая позволяет иметь здоровых детей даже носителям мутантного гена.

К сожалению, попытки определить точную клеточную функцию хантингтина пока не увенчались успехом. Различные исследования указывают на участие этого белка в широком спектре биологических процессов, включая транспорт белков и везикул (мембранных пузырьков-транспортеров), организацию цитоскелета, клатрин-опосредованный эндоцитоз, постсинаптический сигналинг, регуляцию транскрипции и анти-апоптотические процессы [4]. Если удастся доказать, что нарушение какой-либо из этих функций является ключевым для развития заболевания, то лекарственные препараты для поддержания этой функции могут спасти пациентов с болезнью Хантингтона.

Если верна гипотеза о приобретении функции, особое внимание стоит обратить на поведение мутантной формы хантингтина. Оказалось, что мутантный белок формирует агрегаты, которые являются одной из характерных черт развития БХ как у людей,так и у модельных животных (см.врезку). Сначала агрегаты были описаны только в ядре, однако последующие работы выявили их также в цитоплазме и отростках нейронов [5]. В последние годы многие авторы склоняются к тому, что образование агрегатов несет скорее протективную функцию, а основной патогенной формой мутантного хантингтина является мономерный растворимый белок [6].

Модели для изучения болезни Хантингтона

Модели БХ на животных появились более 30 лет назад. Первыми были модели, основанные на введении в стриатум нейротоксических веществ (например, хинолиновой кислоты — агониста NMDA-рецепторов), которые вызывали гибель нейронов. В настоящее время большинство исследователей работает на моделях трансгенных животных, среди которых есть не только мыши и крысы, но и беспозвоночные животные — мушка Drosophila melanogaster и червь Caenorhabditis elegans.

Мышиные модели болезни Хантингтона отличаются друг от друга количеством CAG-повторов и уровнем экспрессии трансгена — искусственно внесенного гена хантингтина. Т.к. именно от этих факторов зависит развитие БХ, разные линии мышей отличаются друг от друга скоростью развития патологий. К наиболее широко используемым моделям относят линии мышей R6/2, R6/1 и YAC128, которые были использованы и в нашей работе. У мышей этих линий симптомы заболевания наиболее выражены и проявляются достаточно быстро. Кроме того, у этих животных с возрастом прогрессируют когнитивные и моторные нарушения, развивается частичная потеря нейронов в стриатуме и коре.

Еще одним из способов моделирования БХ является использование клеточной культуры. В самом простом случае используются культуры клеток со стабильной трансфекцией гена хантингтина. Например, это клетки линии PC12, содержащие индуцибельный трансген первого экзона хантингтина или нейроны стриатума с экспрессией фрагментов хантингтина разной длины. Кроме того, можно использовать первичные культуры из нейронов трансгенных мышей или иммортализованные нейроны.

Почему мы решили исследовать параметры синаптической передачи при болезни Хантингтона

Синаптическая передача — это передача сигналов между нейронами с помощью синаптического контакта. При возбуждении одного нейрона его синаптическое окончание выделяет в синаптическую щель медиатор — химическое вещество, которое оказывает свое возбуждающее или тормозящее воздействие на синаптическое окончание второго нейрона (рис. 1). Таким образом, синапсы связывают нейроны между собой, обеспечивая нормальное функционирование нейронных сетей и всей нервной системы. Если какая-то из систем головного мозга перестает функционировать, причина может крыться либо в нарушении работы отдельных нейронов, либо в нарушении связи между ними, т.е. нарушении синаптической передачи.

Рисунок 1. Схематическое изображение устройства синапса.

При болезни Хантингона поражается специфическая область головного мозга, называемая стриатумом. Стриатум является частью важного нейронного пути — экстрапирамидной системы, которая участвует в управлении движением и поддержании мышечного тонуса. Гибель нейронов стриатума при болезни Хантингтона приводит к разрушению экстрапирамидной системы, что связано с потерей контроля над движениями у больного человека. Но когда возникают первые патологические симптомы (тремор, нарушение координации), головной мозг человека еще не поврежден: нейроны начинают погибать только через несколько лет после начала развития заболевания. Т.е. болезнь начинается, когда что-то меняется в работе самих нейронов или в синаптической передаче, и эти нарушения впоследствии ведут к гибели нейронов и необратимым последствиям.

Результаты исследований: изменения в синаптической передаче при болезни Хантингтона

Рисунок 2. Дендритные шипики на поверхности стриатного нейрона. Шипики — небольшие выросты на поверхности нейрональных отростков; на увеличенном изображении они отмечены стрелками.

фото автора статьи

Рисунок 3. Нейрональная культура из нейронов коры и стриатума. С помощью специфических антител нейроны коры окрашены в красный цвет, а нейроны стриатума — в желто-зеленый.

фото автора статьи

Рисунок 4. Шипики разных типов на поверхности дендрита — микрофотография и схематическое изображение.

Рисунок 5. Морфологический анализ нейронов стриатума. а — шипики нейронов на 14 и 20 дни культивирования. На микрофотографиях показаны участки дендритов нейронов. Относительное количество шипиков разных типов отмечено на круговой диаграмме: зеленый — грибовидные шипики, красный — тонкие шпики, черный — тонкие шипики. На 20 день культивирования на поверхности нейронов YAC128 снижается доля грибовидых шипиков и возрастает доля пеньковых. б — Плотность дендритных шипиков (среднее количество шипиков на участке дендрита длиной 10 мкм) на нейронах дикого типа и YAC28.

Поэтому мы сравнили электрофизиологические характеристики двух линий. Это возможно благодаря электрической активности нейронов, которую можно зарегистрировать с помощью специального метода, называемого пэтч-кламп. Для этого к поверхности нейрона прикладывают тонкую стеклянную пипетку, внутри которой находится электрод. Когда нейрон активируется, на его клеточной мембране изменяется напряжение, и это изменение регистрируется электродом. Если взять два связанных синаптическим контактом нейрона и, возбуждая один, регистрировать ответную электрическую активацию на втором, можно измерить эффективность передачи сигнала через синапс (рис. 6). Если ответная активация возникает не всегда, то, вероятно, синаптическая передача ослаблена. Этот метод может выявить нарушения работы синапса до изменений морфологии нейрона.

Рисунок 6. Схема эксперимента при совместном применении оптогенетики и электрофизиологической регистрации. Нейрон коры активируется при освещении синим светом, а на контактирующем с ним нейроне стриатума производится регистрация ответной активности с помощью стеклянной пипетки с электродом.

Чтобы активировать нейрон, можно использовать несколько способов. Можно добавить в окружающую его жидкость химическое вещество, открывающее ионные каналы, что приводит к электрическому возбуждению нейрона. Можно стимулировать нейрон электрическим током. Но мы для своих экспериментов выбрали более тонкий инструмент воздействия на нейроны, а именно — оптогенетику. Этот подход основан на внесении в нейроны специальных светочувствительных белков — опсинов, в результате чего и сами нейроны становятся чувствительными к свету (рис. 7). В результате, освещая нейроны светом определенной длины волны, можно изменять их активность. Освещение синим светом возбуждает нейрон, а желтым — вызывает торможение (т.е. подавляет активность нейрона).

Читайте также:  Может ли тошнить от нервов и переживаний

Рисунок 7. Опсины — светочувствительные белки, обеспечивающие движение ионов через клеточную мембрану и изменение активности нейронов. Каналородопсин (ChR2) вызывает деполяризацию мембраны и активацию нейрона, галородопсин (NpHR) вызывает гиперполяризацию мембраны и торможение нейрона.

Оптогенетика

Оптогенетика — метод, объединяющий подходы генетики и оптики для тонкого контроля электрической активности электровозбудимых клеток (нейронов и мышечных волокон) [9]. Для этого в изучаемые клетки вводят гены специальных светочувствительных белков — микробных опсинов, которые являются ионными каналами или насосами (рис. 7). Первая работа, показавшая возможность управлять электрической активностью нейронов при использовании опсина, была опубликована в 2005 году. За последующие несколько лет появился еще ряд экспериментальных работ, позволивших доработать эту методику и доказать ее применимость в различных экспериментальных условиях.

За последние годы было открыто множество различных опсинов, из которых наибольшее применение в оптогенетике нашли галородопсины и каналородопсины. При доставке гена опсина с помощью методов генной инженерии в нейрон, на плазматической мембране появляются светочувствительные каналы, а сама клетка становится светочувствительной. При действии синего света открывается пора каналородопсина (максимум поглощения — 470 нм), который вызывает движение положительно заряженных ионов внутрь клетки, обеспечивая деполяризацию мембраны нейрона и генерацию потенциалов действия. При действии желтого света активируется галородопсин (максимум поглощения — 580 нм), мембрана нейрона гиперполяризуется, вызывая торможение нейрона. Высокое временное разрешение метода оптогенетики позволяет обеспечить очень тонкую регуляцию синаптических событий и является, таким образом, важным инструментом для изучения межнейронных связей.

Совместное применение оптогенетики и классических методов электрофизиологии позволяет извлечь выгоду из положительных качеств каждого из этих подходов. Точность электрофизиологической регистрации объединяется с возможностью использовать световые стимулы разной длительности и интенсивности, что помогает ученым подробно изучать работу нейронных связей.

Электрическая активность нейронов выражается в резких скачках напряжения на клеточной мембране и появлении вследствие этого электрического тока. Эти резкие скачки называются спайками или потенциалами действия и длятся несколько миллисекунд (рис. 8). Мы выяснили, что чем дольше нейрон освещается синим светом, тем больше спайков он за это время создает. Если освещаемый нейрон связан синаптическим контактом с другим нейроном, то на втором нейроне можно зарегистрировать ответную активность — тоже в виде отдельных спайков.

Рисунок 8. Пример записи, получаемой при электрофизологической регистрации активности нейрона. Спайки (потенциалы действия) отражаются на записи в виде вертикальных линий, показывающих резкие скачки мембранного тока.

В наших экспериментах мы использовали пару молодых (14 дней) нейронов коры и стриатума, связанных синаптическим контактом. Нейрон коры активировали синим светом, а на нейроне стриатума производили регистрацию ответной активности. Оказалось, что для возникновения ответа на нейроне стриатума нужна определенная длительность освещения (порог активации). Если длительность освещения была ниже порогового значения, то спайк на нейроне стриатума возникал в ответ не на каждую вспышку света. И что самое важное: порог активации для нейронов из мозга здоровых мышей отличался от мышей YAC128 (с мутацией в гене хантингтина). Наиболее ярко эта разница была видна при 50%-активации нейрона стриатума, т.е. длительности освещения, при которой спайк возникает в ответ на каждую вторую вспышку света. Порог 50%-активации нейрона стриатума в ответ на облучение кортикального нейрона для культуры клеток YAC 128 был примерно в два раза (точнее в 2,3±0,8) выше по сравнению с положительным контролем [10].

Получается, что мутация в белке хантингтине приводит к тому, что синаптическая передача ухудшается уже в молодых нейронах, и при этом нарушения происходят на функциональном уровне (без морфологических изменений). Может ли быть так, что именно эти функциональные нарушения в дальнейшем приводят к появлению морфологических изменений, таких как исчезновение шипиков у старых нейронов стриатума?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы снова обратились за помощью к оптогенетике, но теперь с ее помощью мы подавляли светом активность нейронов (рис. 9а). Если наше предположение верно, то временное отсутствие активирующего воздействия коры должно привести к исчезновению шипиков на нейронах стриатума в культуре YAC128. Действительно, после эксперимента количество шипиков в положительном контроле осталось неизменным, но в культуре YAC128 значительно снизилось (рис. 9б, в). Получается, что моделирующие БХ нейроны особенно чувствительны к ослаблению активирующего воздействия нейронов коры, поэтому длительное ослабление синаптической связи между этими нейронами приводит к уменьшению количества шипиков на 20 день культивирования [10].

Рисунок 9. Влияние на нейроны с помощью оптогенетики. а — подавление активности нейрона коры с помощью оптогенетики. При освещении нейрона желтым светом (оранжевая полоса) он становится неактивен — на электрофизиологической записи в этот промежуток времени почти нет спайков. б — влияние длительного оптогенетического торможения на морфологию нейронов. На микрофотографиях видно уменьшение количества шипиков на дендрите нейрона YAC128. в — изменение плотности дендритных шипиков после оптогенетического торможения. В культуре дикого типа количество шипиков не изменяется, а в культуре YAC128 плотность шипиков значительно снижается.

Таким образом, мы обнаружили, что в нашей модели БХ наблюдается нарушение синаптической передачи, которое развивается в два этапа. На ранней стадии (молодые нейроны, на 14 день культивирования нейронов) происходит функциональное ослабление сипаптической связи, которое на более поздней стадии (старые нейроны, на 20 день культивирования) приводит к морфологическим нарушениям синаптических контактов.

Вывод: нарушение синаптической передачи и нейродегенеративные заболевания

Результаты этой работы подталкивают и к другому важному заключению: при изучении нейродегенеративных заболеваний ученым следует обратить больше внимания на синаптическую передачу и взаимодействие нейронов. Мы знаем достаточно много о том, как влияет накопление амилоидных агрегатов при болезни Альцгеймера на жизнедеятельность клетки, и какие нейроны погибают при развитии болезни Паркинсона, но это все еще не привело к появлению эффективной терапии. Возможная причина этих неудач — мы не учитываем последствия нарушения синаптических связей — те, которые мы открыли при исследовании болезни Хантингтона. Хочется надеяться, что наши находки подскажут исследователям направление для разработки эффективных способов лечения болезни Хантингтона, и Тринадцатая наконец-то будет здоровой!

Исследование было проведено в лаборатории молекулярной нейродегенерации СПбГПУ (зав. лаб. — проф. Техасского университета Илья Борисович Безпрозванный) под руководством к.б.н. Дмитрия Николаевича Артамонова.

Читайте также:
Adblock
detector