Ученые Scripps Research выяснили, как загрязнение воздуха ухудшает память

Ученые из Исследовательского института Скриппса (США) выяснили, что изменения в химическом составе нервных клеток, возникающие из-за загрязненного воздуха, нарушают работу мозга. Этот процесс, получивший название S-нитрозилирование, препятствует образованию новых нейронных связей и в конечном итоге приводит к гибели клеток.

Однако блокировка S-нитрозилирования в одном из ключевых белков мозга частично восстанавливает память у лабораторных мышей с моделью болезни Альцгеймера, а также улучшает состояние нервных клеток, выращенных из человеческих стволовых клеток.

«Мы детально описали, как загрязняющие вещества способствуют потере памяти и нейродегенерации. Эти данные могут привести к созданию препаратов, которые помогут защитить мозг от разрушительных последствий болезни Альцгеймера», — говорит руководитель исследования, профессор Стюарт Липтон.

Еще в начале 2000-х профессор Стюарт Липтон обнаружил процесс S-нитрозилирования — реакцию, при которой молекулы, связанные с оксидом азота (NO), присоединяются к атомам серы в белках, изменяя их функцию. Этот механизм он назвал «SNO-бурей».

В норме оксид азота синтезируется организмом в ответ на электрические импульсы или воспаление. Но его избыток может накапливаться под воздействием мелкодисперсных частиц и нитратных соединений (PM2.5/NOx), содержащихся в выхлопных газах, дыме от пожаров и промышленных выбросах.

Ранее группа Липтона установила, что патологическое S-нитрозилирование связано с развитием ряда заболеваний, включая некоторые формы рака, болезнь Паркинсона и аутизм. В новом исследовании ученые изучили влияние S-нитрозилирования на белок CRTC1, который регулирует гены, отвечающие за формирование и поддержку нейронных связей.

Эксперименты с клетками мозга человека и мышей показали, что избыток NO приводит к S-нитрозилированию CRTC1, из-за чего он теряет способность взаимодействовать с другим важным белком — CREB. Это блокирует активацию генов, необходимых для формирования синапсов.

«Этот процесс напрямую связан с ухудшением памяти и болезнью Альцгеймера», — отмечает Липтон.

Исследователи обнаружили высокий уровень S-нитрозилированного CRTC1 на ранних стадиях заболевания у лабораторных мышей, а также в нейронах, полученных из стволовых клеток пациентов. Чтобы проверить, можно ли остановить этот процесс, ученые разработали измененный вариант CRTC1, лишенный цистеина — аминокислоты, необходимой для S-нитрозилирования. Введение этого белка в нервные клетки пациентов с болезнью Альцгеймера предотвратило разрушение синапсов и улучшило выживаемость нейронов.

В экспериментах на моделях болезни Альцгеймера у мышей модифицированный CRTC1 восстановил активацию генов, отвечающих за память и нейропластичность — способность мозга адаптироваться и укреплять связи между нейронами.

«Мы практически полностью восстановили механизмы, отвечающие за формирование воспоминаний. Наше открытие указывает на возможность создания новых препаратов для лечения болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных расстройств», — говорит профессор Липтон.

Ранее ученые из Пекинского университета выяснили, что загрязнение воздуха повышает риск развития депрессии и тревоги.