В исследовании, результаты которого были опубликованы 19 декабря в журнале «Nature Neuroscience», команда специалистов из Wellcome Trust Sanger Institute в Кембридже и Эдинбургского университета под руководством профессора Гранта изучила образцы человеческого мозга и изолировала группу белков, ответственных за возникновение более чем 130 неврологических и психических заболеваний. По мнению экспертов, это открытие по своей важности не менее значимо, чем расшифровка генома человека.

По данным Всемирной организации здравоохранения заболевания головного мозга являются основной причиной инвалидности в развитых странах мира. Только в США экономические издержки, связанные с такими заболеваниями, составляют боле $ 300 млрд. в год.

Головой мозг является наиболее сложной структурой человеческого организма с миллионами нервных клеток, связанных между собой с помощью миллиардов синапсов.

Термин «синапс» предложен в 1897 году Чарльзом Шерингтоном.

Синапс (от греч. σύναψις, συνάπτειν - обнимать, обхватывать) - место, где контактируют две нервные клетки или нервная клетка с получающей сигнал (нервный импульс) эффекторной клеткой. Синапс выполняет роль своеобразного «передатчика» нервного импульса между нейронами и представляет собой булавовидное расширение аксона передающей клетки (пресинаптическая часть или пресинаптическая мембрана) и дендрита воспринимающей клетки (постсинаптическая часть или постсинаптическая мембрана). Между пресинаптической и постсинаптической частью находится синаптическая щель. Передача нервного импульса в синапсе осуществляется за счет медиаторов (серотонин, дофамин, адреналин, норадреналин, ацетилхолин и др.) или электрическим путем (за счет ионов).

В некоторых синапсах имеется структура, получившая название постсинаптического уплотнения (postsynaptic density, PSD), которая расположена с внутренней стороны постсинаптической мембраны и представляет собой электронно-плотную зону, состоящую из белков, тесно взаимосвязанных между собой и играющих важную роль в передаче нервного импульса.

Хотя ранее проводимые исследования с использованием лабораторных животных указывали на то, что постсинаптическое уплотнение и содержащиеся в нем белки играют важнейшую роль в возникновении некоторых заболеваний нервной системы, до недавнего времени на удивление мало было известно о роли PSD-белков при возникновении неврологических и психических заболеваний у человека. Именно в этом направлении, т.е. в выяснении роли постсинаптического уплотнения и содержащихся в нем белков, проводилось исследование специалистов Эдинбургского университета и кембриджского Wellcome Trust Sanger Institute.

Результаты данного исследования оказались более чем впечатляющими. В ходе его проведения были выделены 1461 белок и кодирующие их гены, при этом была установлена связь между нарушением синтеза этих белков и возникновением более чем 130 заболеваний головного мозга. Эти белки были выделены из синапсов пациентов, перенесших оперативное вмешательство на головном мозге в одной из больниц Эдинбурга. «Мы обнаружили более 130 заболеваний головного мозга, связанных с белками постсинаптического уплотнения», - говорит Сет Грант, руководивший проведением исследования, - «это оказалось даже больше, чем мы ожидали; в их число вошли такие распространенные заболевания как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и другие нейродегенеративные заболевания, а также эпилепсия, врожденные нарушения развития, аутизм и многие другие».

В настоящее время уже известна роль около 14% выделенных белков в развитии заболеваний нервной системы человека и, что характерно, несколько заболеваний могут быть обусловлены нарушением синтеза одних и тех же белков. Это означает, что стала вполне реальной перспектива разработки новых методов диагностики лечения, которые будут эффективны в отношении сразу нескольких заболеваний. Так, установлена взаимосвязь между нарушением синтеза некоторых белков, определяющих возникновение болезней Паркинсона и Альцгеймера.

Для тех ученых, которые будут продолжать исследования в этом направлении, фактически создана «дорожная карта», описывающая молекулярную структуру нервных синапсов человека и описывающая взаимосвязь между нарушением синтеза тех или иных белков постсинаптического уплотнения и возникновением связанных с этим заболеваний нервной системы. Исследователи не стали искать финансовых выгод, которые можно было бы получить благодаря данному исследованию и все его результаты сделали общедоступными, разместив их на сайте Genes to Cognition (G2C). Сет Грант также пообещал оказать помощь в создании новых диагностических тестов и разработке новой классификации заболеваний головного мозга.

Благодаря данному исследованию удалось также выяснить некоторые биологические основы поведенческих реакций человека, его социального поведения, эмоциональности и т.п. Как показали результаты исследования, белки постсинаптического уплотнения играют важную роль в процессах запоминания и способности к обучению, проявлении эмоций, настроении человека, а также его предрасположенности к злоупотреблению наркотиками и развитии наркомании.

При проведении исследования было также установлено, что в ходе эволюции PSD-белки оказались очень «консервативными» и изменялись гораздо медленнее, чем остальные белки человеческого организма. «Сохранение в неизменном виде структуры этих белков является доказательством того, что поведенческие реакции человека, регулируемые нервной системой и заболевания, связанные с изменением синтеза этих белков, не изменялись на протяжении многих миллионов лет», - говорит профессор Грант, - «мы даже не ожидали, что синапсы грызунов окажутся так похожи на человеческие, однако в этом есть и свои преимущества: мыши и крысы окажутся подходящими моделями для изучения заболеваний мозга человека».

Данный проект осуществлялся в рамках программы «Гены к познанию», исследовательской программы, направленной на достижение понимания молекулярных основ поведения и заболеваний головного мозга. Финансирование проекта осуществляли Wellcome Trust, Совет по медицинским исследованиям Великобритании, Совет по финансированию высшего образования Шотландии, Melville Trust, Европейская организации молекулярной биологии и Евросоюз.

Подробнее об исследовании «Characterization of the proteome, diseases and evolution of the human postsynaptic density»

Мнения экспертов

Доктор Киран Брин, директор по исследованиям и развитию Благотворительного фонда по исследованиям и поддержке пациентов с болезнью Паркинсона Великобритании:

Это исследование имеет жизненно важное значение для пациентов с болезнью Паркинсона и выявляет общую связь между множеством различных расстройств, многие из которых мы не связывали друг с другом. Теперь мы знаем, что все они включают тот же набор ключевых белков, что и многие другие заболевания. Это исследование может привести к улучшению ранней диагностики и получению новых лекарств и методов лечения, которые смогут замедлить или даже предотвратить многие заболевания, в т.ч. и болезнь Паркинсона. Здесь, в Великобритании мы являемся сторонниками поиска новых методов лечения болезни Паркинсона и в 2011 году мы будем продолжать финансировать исследования в этом направлении через разнообразные схемы грантов и работать с другими мировыми лидерами, чтобы ускорить прогресс в деле лечения этого заболевания.

Джонатан Секл, профессор кафедры молекулярной медицины Королевского медицинского исследовательского института в Эдинбурге:

Это блестящее совместное исследование американских и британских ученых является важным шагом вперед в освещении причин многих нарушений психического здоровья и неврологических расстройств, которые так распространены в Великобритании, а также указывает способы разработки методов лечения этих заболеваний.

 Джеффри Нёбелс, профессор кафедры неврологии и генетики человека медицинского колледжа Бейлор:

Вместо того, чтобы пользоваться определением причин заболевания «навскидку», у нас теперь есть всеобъемлющий молекулярной плейлист в 1000 потенциальных вариантов. Каждый седьмой белок в этом списке принимает участие в развитии известных клинических расстройств и более половины из них являются причиной сразу нескольких заболеваний. Выделение белков постсинаптического уплотнения теперь дает исследователям стратегическую точку доступа к решению многих проблем и в скором будущем мы получим возможность распутать многие загадки человеческого мозга и расстройств его функционирования.

Гэвин Дэви, старший преподаватель кафедры неврологии в Тринити-колледже Дублина:

Мы и ранее знали, что существует известная связь между PSD-дисфункцией и заболеваниями нервной системы, но это исследование чрезвычайно расширяет наши познания в этой области. PSD-белки в основном являются структурными и если некоторые из них не работают должным образом, то возникают мозговые расстройства или болезни. Это исследование сделало существенный вклад в наши представления о белках, формирующих постсинаптическое уплотнение и позволит проследить, как эти белки влияют на нарушение функций мозга.

Использованы материалы Nature Neuroscience, The Independent, The Herald Scotland, ScienceDaily, AlphaGalileo, а также официального веб-сайта Wellcome Trust Sanger Institute и официального веб-сайта Эдинбургского университета

http://www.dislife.ru/flow/theme/11473/