Согласно новому исследованию, болезнь Альцгеймера, вероятно, вызвана остановкой обработки белков в мозге.

Исследование, опубликованное сегодня в eLife , редакторы описывают как фундаментальное исследование, дающее представление о том, как мутации в гене пресенилина-1 (PSEN1) влияют на обработку белка-предшественника амилоида (APP), который, как известно, после обработки в белок бета-амилоида (Aβ) накапливается в мозге людей с болезнью Альцгеймера. Они говорят, что авторы предоставляют убедительные доказательства, убедительные данные и строгий анализ в своем исследовании, с результатами, которые могут быть использованы для разработки новых препаратов для лечения болезни Альцгеймера.

На протяжении нескольких десятилетий исследователи, изучающие болезнь Альцгеймера, работали над пониманием «гипотезы амилоидного каскада», которая предполагает, что накопление белков Aβ запускает каскад событий, приводящих к нейродегенерации и деменции.

«Несмотря на успехи в понимании мутаций, которые приводят к агрегации Aβ, неопределенности относительно сборки нейротоксичных белков Aβ остаются», — говорит ведущий автор Парниан Арафи, научный сотрудник по медицинской химии в Университете Канзаса, США. «Более того, клинические испытания методов лечения, нацеленных на белок Aβ или его агрегаты, оказались лишь умеренно эффективными, что побудило пересмотреть роль Aβ как основного фактора, обусловливающего процесс болезни Альцгеймера».

В настоящее время все больше внимания уделяется производству Aβ — процессу, называемому протеолизом, в ходе которого белок-предшественник, называемый белком-предшественником амилоида (APP), расщепляется ферментом, называемым гамма-секретазой (γ-секретазой).

Старший автор Майкл Вулф, профессор медицинской химии имени Матиаса П. Мертеса, Университет Канзаса, и коллеги ранее показали, что мутации, обнаруженные при ранней семейной болезни Альцгеймера (FAD), мешают γ-секретазе эффективно обрезать APP, что приводит к накоплению длинных форм промежуточных продуктов APP/Aβ. Более того, в модели FAD на червях они показали, что эти заторможенные комплексы γ-секретазы-APP приводят к нейродегенерации, даже когда Aβ отсутствует.

В текущем исследовании команда расширила свой анализ до шести мутаций, обнаруженных при раннем начале FAD, измеряя влияние каждой мутации на каждый шаг в производстве Aβ. Это мутации, которые изучаются Сетью доминантно наследуемого Альцгеймера (DIAN), поскольку они вызывают развитие болезни Альцгеймера у людей в возрасте от 27 до 58 лет.

FAD-мутант PS1 стабилизирует взаимодействие γ-секретазы ES. Кредит: eLife (2025). DOI: 10.7554/eLife.102274.2
Чтобы исследовать эффект мутаций, они сгенерировали и очистили мутантные белки γ-секретазы, а затем инкубировали их с фрагментом APP. Это позволило им определить, как мутантная γ-секретаза обрезала APP, измеряя полученные фрагменты белка с помощью метода, называемого масс-спектрометрией.

Они обнаружили, что все протестированные мутации γ-секретазы вызывали дефициты в нескольких этапах обработки APP, характер которых варьировался в зависимости от конкретной мутации. Измеряя различные продукты, генерируемые каждой мутацией, команда смогла количественно выявить, как каждая из них конкретно влияет на производство различных промежуточных белков APP/Aβ.

Во время протеолиза фермент γ-секретаза связывается в комплекс сначала с APP, а затем с последующими промежуточными формами белка по мере его обрезки. Чтобы проверить влияние мутаций FAD на стабильность этих комплексов фермент-субстрат, команда использовала пару флуоресцентно меченых антител, нацеленных на фрагмент APP и фермент — уменьшение количества флуоресценции указывает на то, что фермент и субстрат находятся в непосредственной близости, то есть связаны друг с другом.

Для всех протестированных мутантов флуоресцентный сигнал был снижен по сравнению с нормальным функциональным ферментом, что указывает на то, что эти мутации повышают стабильность комплексов фермент-субстрат. Этот результат имеет смысл наряду с первоначальным анализом протеолиза, который предполагает, что протеолитический процесс остановился.

«Мы показали, что эти мутации приводят к остановке протеолиза и стабилизируют фермент с его субстратом в промежуточной форме», — говорит Арафи. «Эти результаты соответствуют нашей гипотезе «остановившегося комплекса», где именно эти комплексы фермент-субстрат запускают нейродегенерацию даже при отсутствии продукции бета-амилоидного белка».

«Трудности в выявлении движущих факторов болезни Альцгеймера и в разработке эффективных методов лечения позволяют предположить, что сущности и процессы, выходящие за рамки бета-амилоидного белка, могут играть ключевую роль в нейродегенерации», — говорит Вулф.

«Сосредоточившись на семейной болезни Альцгеймера, мы упростили идентификацию патогенных механизмов, открыв дверь для разработки новых методов лечения. Мы предполагаем, что активаторы γ-секретазы, которые могут восстановить остановленный протеолиз, могли бы дополнять методы лечения, нацеленные на другие пути, связанные с болезнью Альцгеймера».