Результаты, опубликованные на этой неделе в Интернете перед печатью в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, указывают путь к потенциальным методам лечения и демонстрируют стратегию расследования, которая должна быть полезной для определения биохимических причин других генетических заболеваний. Ученые в последние десятилетия связали тысячи генных мутаций с заболеваниями человека, однако многие из рассматриваемых генов кодируют белки с неизвестной функцией.
«Нам часто необходимо понять функцию белка, которая нарушена мутацией гена, если мы собираемся понять механистическую основу заболевания и двигаться в направлении разработки терапии, и это то, что мы пытались сделать здесь», сказал Бенджамин Ф. Краватт, профессор и заведующий кафедрой химической физиологии ЦНИИ.
В настоящее время не существует лечения наследственной спастической параплегии (HSP), набора генетических заболеваний, симптомы которых включают мышечную слабость и жесткость, а в некоторых случаях – когнитивные нарушения.
Около 100000 человек во всем мире живут с HSP.
Раскрытие улик
В новом исследовании Краватт и сотрудники его лаборатории, в том числе аспирант Джордон Инлоес и научный сотрудник Ку-Лунг Хсу, сосредоточили внимание на DDHD2, ферменте с неясной функцией, ген которого мутирован в подмножестве случаев HSP. «Эти случаи, связанные с нарушением DDHD2, характеризуются когнитивными дефектами, а также спастичностью и мышечным истощением, поэтому они относятся к наиболее разрушительным формам этого заболевания», – сказал Краватт.
Для начала исследователи создали мышиную модель HSP, связанного с DDHD2, в которой целенаправленная делеция гена DDHD2 устраняла экспрессию белка DDHD2. «Эти мыши демонстрировали симптомы, похожие на симптомы пациентов с HSP, в том числе ненормальную походку и более низкую производительность при тестах на движения и когнитивные способности», – сказал Инлоэс.
Предыдущие исследования показали, что фермент DDHD2 экспрессируется в головном мозге и каким-то образом участвует в метаболизме липидов.
В одном исследовании сообщалось о повышенных уровнях неизвестной молекулы жира в головном мозге пациентов с HSP-мутантом по DDHD2. Команда Краватта сравнила ткани мышей no-DDHD2 с тканями мышей с нормальными версиями гена, а также обнаружила, что у мутантных мышей уровень определенного типа молекулы жира был намного выше, в основном в головном мозге.
Используя набор сложных «липидомических» тестов для анализа накапливающихся молекул жира, они определили их как триглицериды – основной компонент жировых отложений в организме и фактор риска ожирения, атеросклероза и диабета 2 типа.
«Мы также смогли показать, используя как световую микроскопию, так и электронную микроскопию, что капли жира, богатого триглицеридами, присутствуют в нейронах мышей с нокаутом DDHD2, в нескольких областях мозга, но отсутствуют у нормальных мышей», – сказал он.
Inloes.
Для следующего этапа исследования команда Краватта разработала дополнительный инструмент для изучения функции DDHD2: специфический ингибитор фермента DDHD2, один из набора мощных блокирующих ферменты соединений, которые они идентифицировали в исследовании, опубликованном в прошлом году. «После четырех дней лечения этим ингибитором у нормальных мышей наблюдалось повышение уровня триглицеридов в головном мозге», – сказал Инлоэс. "Это говорит о том, что DDHD2 обычно расщепляет триглицериды, а его неактивность позволяет триглицеридам накапливаться."
Наконец, команда подтвердила роль DDHD2 в метаболизме триглицеридов, показав, что триглицериды быстро расщепляются на более мелкие жирные кислоты в его присутствии. «Эти данные дают нам некоторое представление, по крайней мере, о биохимической основе синдрома HSP», – сказал Краватт.
Смотря вперед
Он добавляет, что будущие проекты в этом направлении исследований включают изучение того, как капли триглицеридов в нейронах приводят к нарушениям движения и познания, а также исследования потенциальных методов лечения этих эффектов, включая возможное использование ингибиторов диацилглицеринтрансферазы (DGAT). которые уменьшают естественное производство триглицеридов.
Краватт также отмечает, что тот же подход, использованный в этом исследовании, может быть применен к другим ферментам из класса DDHD2 (сериновые гидролазы), дисфункции которых вызывают неврологические расстройства у человека.