Мутации, связанные с болезнью Альцгеймера, могут нарушать связь нервов с мышцами

• Мутации, связанные с наследственной болезнью Альцгеймера, нарушали связь двигательных нейронов со здоровыми мышечными клетками в лабораторной модели.
• В экспериментальной системе отсутствовали головной и спинной мозг, что указывает на возможное непосредственное влияние мутаций на периферические нервы.
• Работа не устанавливает, могут ли изменения походки служить ранним диагностическим признаком у пациентов.

Что показал эксперимент с нервами и мышцами

Болезнь Альцгеймера обычно связывают с ухудшением памяти, спутанностью сознания и снижением когнитивных способностей. Однако у некоторых людей изменения равновесия, координации или походки могут возникать за годы до заметных проблем с мышлением. Исследователи из Университета Центральной Флориды проверили, может ли часть таких двигательных нарушений возникать не только вследствие изменений в мозге, но и из-за прямого воздействия связанных с заболеванием мутаций на нервы, управляющие мышцами.

Команда изучала наследственную форму болезни Альцгеймера — редкий вариант, который обычно развивается раньше распространённой формы, в возрасте от 40 до 65 лет. В лабораторной системе двигательные нейроны с мутациями, связанными с этим вариантом заболевания, нарушали работу контактов, через которые нервные клетки управляют мышцами. Это происходило даже при полном отсутствии в модели головного и спинного мозга, то есть центральной нервной системы.

Такой результат меняет постановку вопроса о возможных причинах ранних проблем с движением. Если нервно-мышечная связь нарушается непосредственно из-за мутаций, двигательные проявления нельзя объяснить исключительно повреждением мозга. Руководители исследования Джеймс Хикман и Сюфан «Надин» Гуо считают, что двигательные нарушения могут проявляться раньше центральных симптомов. Но работа выявила эффект в лабораторной модели, а не установила срок появления таких изменений у людей.

Почему важна периферическая нервная система

Двигательные нейроны передают мышцам сигналы, необходимые для сокращения и движения. Нервы, расположенные за пределами головного и спинного мозга, относятся к периферической нервной системе; они участвуют в передаче сигналов между центральной нервной системой и остальным телом. Исследователи показали, что мутации, связанные с наследственной болезнью Альцгеймера, способны вмешиваться в эту передачу на участке между нервной клеткой и мышечной тканью.

Для проверки этой идеи учёные создали модель нервно-мышечного соединения — места, где двигательный нейрон взаимодействует с мышечной клеткой. В неё включили здоровые мышечные клетки и двигательные нейроны, полученные из стволовых клеток с мутациями, связанными с семейной формой болезни. Затем исследователи оценивали, насколько эффективно изменённые нейроны передавали сигналы здоровой мышечной ткани. Мозга и спинного мозга в этой системе намеренно не было.

Именно отсутствие центральной нервной системы помогло отделить возможное прямое влияние мутаций на нервно-мышечную связь от последствий повреждения мозга. По итогам эксперимента изменённые нейроны хуже обеспечивали нормальное взаимодействие с мышцами. Хикман отметил, что это первое демонстрационное свидетельство того, что нарушения периферической нервной системы могут возникать непосредственно из-за таких мутаций. Это вывод о лабораторной модели, а не подтверждение того, что все двигательные симптомы болезни имеют одну причину.

Как исследователи построили модель на чипе

Для работы применили технологию «человек на чипе», разработанную и произведённую компанией «Хесперос», одним из соучредителей которой является Хикман. Такие миниатюрные системы объединяют разные типы человеческих клеток в контролируемых условиях, чтобы воспроизводить отдельные биологические процессы. В отличие от опытов с изолированными клетками, они позволяют исследовать взаимодействие тканей, а не только реакцию одного клеточного типа.

Исследователи использовали стволовые клетки, поскольку они способны превращаться в специализированные клетки, в том числе в двигательные нейроны. Нейроны с мутациями сопоставили со здоровой мышечной тканью и изучили передачу сигналов. Подобные модели также предлагают альтернативу животным экспериментам: как поясняет источник исследования, животные модели не всегда точно отражают поведение человеческих заболеваний. Однако клеточная система всё равно остаётся лабораторной моделью, а не наблюдением за пациентами.

Нервно-мышечное соединение необходимо для произвольных движений: сигнал проходит по двигательному нейрону, запускает взаимодействие с мышцей и приводит к её сокращению. Эта последовательность участвует в ходьбе, поддержании позы, подъёме предметов и точных движениях. Поэтому нарушение передачи сигнала потенциально может отражаться на разных двигательных функциях. В представленном исследовании проверяли работу соединения нервных и мышечных клеток, а не измеряли походку или равновесие людей с болезнью Альцгеймера.

Что результаты означают — и чего пока не доказывают

Практическое значение результата пока заключается прежде всего в новом направлении для изучения симптомов. Если двигательные нарушения действительно могут возникать вне мозга, подходы, нацеленные только на центральную нервную систему, могут не устранять проблемы периферических нервов. Гуо также указала на возможность более раннего вмешательства, если изменения движения удастся выявлять. Но работа не проверяла диагностический тест и не показала, что конкретный признак походки позволяет предсказать заболевание.

Сохранение двигательной функции может иметь значение не только для физического состояния. В публикации отмечается, что регулярная физическая активность связана с более благоприятным когнитивным самочувствием; поэтому поддержка способности двигаться может быть важна и для здоровья мозга. Это возможная дополнительная причина изучать периферические проявления болезни, а не доказательство того, что вмешательство в нервно-мышечную связь замедляет когнитивное снижение или предотвращает его.

Исследование возглавили профессор Джеймс Хикман и исследователь-профессор Сюфан «Надин» Гуо совместно с учёными компании «Хесперос». Работу финансировал Национальный институт старения при Национальных институтах здоровья США; результаты опубликованы в журнале «Болезнь Альцгеймера и деменция» Ассоциации Альцгеймера. Следующий вопрос — подтвердится ли наблюдаемое в клеточной модели нарушение у людей и окажется ли оно достаточно ранним и устойчивым признаком для клинического применения.

Источник: ScienceDaily