Шведские ученые научились с помощью вирусных векторов перепрограммировать нейроны, впервые превращая их из астроцитов в дофаминовые нейроны. В дальнейшем это может позволить бороться с болезнью Паркинсона.
Люди, страдающие болезнью Паркинсона, испытывают проблемы с движением из-за разрушения в черной субстанции мозга нейронов, синтезирующих дофамин — нейромедиатор, ответственный за систему «вознаграждения» мозга и играющий роль в обеспечении когнитивной деятельности. Недостаточная выработка дофамина увеличивает влияние базальных ганглиев на кору головного мозга, что приводит к возникновению тремора и мышечной ригидности. Это медленно прогрессирующее хроническое заболевание, характерное для пожилых людей. В данный момент им страдает около 10 миллионов людей, это второе по распространенности нейродегенеративное заболевание после болезни Альцгеймера.
На данный момент средств полного излечения от болезни не существует. Основным лекарственным средством для ее лечения является леводопа — предшественник дофамина, теряющий со временем свою эффективность из-за снижения выработки декарбоксилазы ароматических L-аминокислот (ДКАА) — фермента, который синтезирует дофамин из леводопы. Болезнь Паркинсона также лечат пересадкой эмбриональных нейронов или пытаясь изменить работу собственных. Раньше мы уже рассказывали о клинических испытаниях компании Voyager Therapeutics, в ходе которых в мозг испытуемых вводили вирусные векторы, доставляющие в нейроны ген ДКАА и частично восстанавливающие синтез фермента.
В новом исследовании вирусные векторы, созданные на основе лентивирусов, позволили полностью перепрограммировать работу других клеток и заставить их встать на замену неработающим. Ученые превращали астроциты (нейроглиальные клетки звездчатой формы) в дофаминовые нейроны. С помощью введения в клетки вирусных векторов, кодирующих три транскрипционные фактора (NEUROD1, ASCL1 и LMX1A) и микроРНК miR218, ученым удалось перепрограммировать человеческие астроциты in vitro, причем как культуру «бессмертных» астроцитов, с которыми часто работают в экспериментальных условиях, так и первичные эмбриональные астроциты. После этого успешно перепрограммировали и мышиные астроциты, уже in vivo. Процесс превращения в дофаминовые нейроны происходил за счет изменения конфигурации хроматина и активации нескольких ключевых сигнальных путей клетки (TGFβ, Shh и Wnt).
Эффективность внедрения вирусных векторов составила до 16 процентов, и полученные дофаминовые нейроны успешно выполняли свою работу. Так, они экспрессировали транспортер дофамина, которого нет у обычных астроцитов, а также демонстрировали наличие специфических маркеров и транскрипционных факторов и были способны генерировать электрический потенциал, а их биофизические характеристики соответствовали параметрам дофаминовых нейронов. У мышей по результатам эксперимента наблюдались улучшения моторики движения, что отслеживали с помощью компьютерных программ, анализирующих поведение мышей, в том числе их перемещение на беговых дорожках.
Следующий важный этапом, полагают ученые, будет повышение эффективности перепрограммирования нейронов и работа со взрослыми астроцитами человеческого мозга, а также разработка технологии, позволяющей селективно воздействовать на в мозг человека in vivo. Исследование опубликовано в Nature Biotechnology.
Автор: Анна Казнадзей