Метаболит холестерина ухудшает течение болезни Паркинсона у мышей

Болезнь Паркинсона (БП) — нейродегенеративное заболевание, при котором происходит гибель дофаминергических нейронов в черной субстанции мозга и формирование телец Леви, состоящих из агрегатов α-синуклеина. Неясно, что вызывает эти патологические изменения; считается, что влияют как генетические факторы, так и факторы окружающей среды. При БП α-синуклеин образует фибриллы, которые, по всей видимости, распространяются подобно прионам. Одной инъекции фибрилл α-синуклеина достаточно, чтобы вызвать агрегацию эндогенного белка и дегенерацию дофаминергических нейронов у мышей дикого типа.

В недавних исследованиях были выявлены аномалии метаболизма холестерина при нейродегенеративных заболеваниях. Нейроны преобразуют избыток холестерина в холестериновые эфиры, которые хранятся в виде липидных капель и выводятся с помощью транспортера ABCA1. Важнейшую роль играет холестерин-24-гидроксилаза (CYP46A1), превращающая холестерин в 24S-гидроксихолестерин (24-OHC). Этот и другие оксистеролы могут преодолевать гематоэнцефалический барьер или переходить в кровь через спинномозговую жидкость. Уровни оксистеролов тщательно регулируются, но их роль в нейродегенеративных заболеваниях неясна. Было показано, что уровни 24-OHC повышены в спинномозговой жидкости при БП и коррелируют с длительностью заболевания. Однонуклеотидные полиморфизмы в CYP46A1 ассоциированы с БП. В новом исследовании ученые из Китая оценили роль CYP46A1 и 24-OHC в патологии α-синуклеина.

Сначала авторы оценили уровни CYP46A1 в посмертных образцах черной субстанции пациентов с БП. Уровни CYP46A1 были повышены. Также были повышены уровни 24-OHC в плазме пациентов по сравнению с контролями того же возраста. Больше CYP46A1 было и в мозге стареющих мышей (как дикого типа, так и линии M83, моделирующей БП).

Авторы вводили фибриллы α-синуклеина в полосатое тело головного мозга у мышей дикого типа и с нокаутом CYP46A1 (CYP46A1^+/− и CYP46A1^−/−). Как и ожидалось, нокаут значительно снижал содержание 24-OHC в плазме и мозге. Через 180 дней оценили течение БП. При нокауте снижалась плотность включений α-синуклеина, причем у двойного нокаута сильнее. Также эти мыши теряли меньше дофаминергических нейронов.

Далее исследователи использовали клетки HEK293, трансфецированные α-синуклеином, слитым с GFP. Их трансфецировали CYP46A1, слитым с гистидиновой меткой, после чего добавили фибриллы α-синуклеина. Оверэкспрессия CYP46A1 усиливала агрегацию и фосфорилирование α-синуклеина, характерные для телец Леви. Схожий эффект был показан на культуре первичных нейронов. При этом CYP46A1 напрямую не взаимодействует с α-синуклеином. Инкубация α-синуклеина с 24-OHC способствовала образованию агрегатов (а инкубация с 25-гидроксихолестерином — нет).

Фибриллы, образованные в присутствии 24-OHC, были грубее, длиннее и более компактными, чем фибриллы чистого α-синуклеина. Они лучше вызывали агрегацию эндогенного α-синуклеина в клетках и были более нейротоксичными. То же было показано in vivo — фибриллы, образованные в присутствии 24-OHC, вызывали формирование большего числа телец Леви через 90 и 180 дней после введения в мозг мыши и способствовали гибели большего количества нейронов. Способность к движению у таких мышей также была затронута сильнее.

К клеткам HEK293, экспрессирующим α-синуклеин, слитый с GFP, добавляли отдельно фибриллы α-синуклеина и 24-OHC. Через 48 часов больше агрегатов образовывалось при добавлении 24-OHC, чем без. Сам по себе 24-OHC не вызывал агрегацию α-синуклеина. Схожие результаты были показаны на нейронах. Также 24-OHC способствовал дисфункции митохондрий, индуцированной фибриллами.

Трехмесячным мышам вводили фибриллы α-синуклеина, а через месяц — 24-OHC (трижды в неделю в течение восьми недель). 24-OHC способствовал образованию агрегатов в мозге, гибели нейронов и нарушению движения. Дальнейшие опыты показали, что 24-OHC повышает уровни XBP1 и LAG3 (LAG3 вовлечен в межклеточную передачу фибрилл, XBP1 — транскрипционный фактор). Подавление XBP1 снижает уровень повреждений, вызванных 24-OHC.

Таким образом, CYP46A1 и 24-OHC участвуют в патогенезе БП, способствуя митохондриальной дисфункции, индуцированной фибриллами α-синуклеина. Активность CYP46A1 растет с возрастом. Излишек 24-OHC и оверэкспрессия CYP46A1 способствовали межклеточной передаче фибрилл через активность XBP1 и LAG3.

Болезнь Паркинсона можно диагностировать по биопсии кожи