Исследователи из Швеции обнаружили новый механизм распространения патологических белков при болезни Паркинсона. Им стали безъядерные клеточные структуры, отделяющиеся от астроцитов и сохраняющие способность к движению. Эти «зомбосомы» переносят агрегаты альфа-синуклеина между клетками и запускают патологический процесс в здоровых нейронах.
При болезни Паркинсона неправильно свернутые молекулы белка альфа-синуклеина (α-syn) постепенно захватывают связанные области мозга прион-подобным механизмом. Астроциты – глиальные клетки мозга – поглощают агрегаты α-syn, но не разрушают их полностью, как должно происходить. Включения α-syn в мозге пациентов содержат цитоскелетные белки и органеллы, указывая на их происхождение из межклеточной транспортной системы.
Исследователи использовали астроциты из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (hiPSC), анализируя их с помощью покадровой микроскопии. Для проверки эффекта применялись культуры нейронов и церебральные органоиды. Зомбосомы выделяли проточной цитометрией, изучая их состав при помощи масс-спектрометрии. Также авторы изучили срезы мозга пациентов.
Оказалось, что зомбосомы «отпочковываются» от астроцитарных отростков. В отличие от всех везикул нервной системы (шарообразных мембранных структур с жидкостью внутри), они остаются прикрепленными к поверхности и начинают активно мигрировать после отделения. Они лишены ядра и в 20 раз меньше астроцитов, но сохраняют белковые маркеры родительских клеток, включая виментин – белок промежуточных филаментов, а также содержат интактные митохондрии.
Протеомный анализ выявил 3425 белков в зомбосомах, из которых 3184 присутствовали в астроцитах. Наиболее многочисленным оказался именно виментин. Обнаружились и белки цитоскелета, митохондрий, остатки от метаболизма, белки адгезии (прикрепления) и подвижности.
Ключевым фактом находки стала способность зомбосом распространять патологию. Когда астроциты подвергались воздействию фибрилл α-syn, они передавали их именно через зомбосомы. Через три дня 64,5% клеток-акцепторов (до которых «дотянулась» зомбосома) стали положительными на α-syn против 7,9% в контроле. Обработка цитохалазином D, нарушающим миграцию, снизила передачу α-syn.
Зомбосомы способны запускать патологию в здоровых нейронах. При добавлении зомбосом с α-syn к нейронам наблюдалось увеличение количества фосфорилированного α-syn – маркера болезни Паркинсона, причем эффект был сильнее, чем при прямом добавлении фибрилл. При проверке на «мини-мозгах» (органоидах мозга) зомбосомы с α-syn внедрялись в клетки и становились источником патологических включений. В течение 21 дня наблюдалось увеличение фосфорилированного α-syn, тогда как контрольные зомбосомы (без белка) не давали эффекта.
В стриатуме (полосатом теле – части мозга, входящей в систему движений) пациентов с болезнью Паркинсона удалось обнаружить безъядерные, богатые виментином структуры, содержащие агрегированный α-syn. Причем, у них их количество было значительно выше контроля.
Авторы отмечают, что зомбосомы – принципиально новый тип внеклеточных структур, отличающихся от экзосом и микровезикул. Способность к миграции и нагруженность органеллами делают их эффективными переносчиками на большие расстояния.
Несмотря на то, что пока неизвестна динамика образования зомбосом in vivo и их роль в нормальной коммуникации, это открытие позволяет лучше понять роль астроцитов в нейродегенерации и предлагает новую мишень для терапии. Открытым пока что остается вопрос, распространяют ли зомбосомы другие патологические агрегаты.
Работа опубликована в Cell Reports.
Текст: Анна Хоружая