11. 9. 2006
Dvě nové zprávy z tohoto týdne ukazují, co se může stát, když neurotransmitery přestanou fungovat, což má důsledky pro Alzheimerovu a Parkinsonovu chorobu.
První článek v Neuronu ze 7. září popisuje nový myší model cholinergní dysfunkce se zajímavými problémy s pamětí a učením, které připomínají Alzheimerovu chorobu. Zpráva Marca Carona z Dukeovy univerzity v Durhamu v Severní Karolíně, Marca Prada z Universidade Federal de Minas Gerais v brazilském Belo Horizonte a jeho kolegů ukazuje, že myši se sníženou expresí vezikulárního acetylcholinového transportéru (VAChT) mají mírně snížený cholinergní tonus v CNS. Z behaviorálního hlediska zvířata vykazují nápadné vady v rozpoznávání známých předmětů a zvířat, podobné kognitivním problémům pozorovaným u Alzheimerovy choroby. Nedostatky v sociální paměti se podařilo zvrátit léčbou myší inhibitory cholinesterázy, což je stejná strategie, jaká se používá při léčbě kognitivních příznaků u Alzheimerovy choroby. Kromě toho, že myši prokázaly důležitou roli VAChT při udržování normálního obratu acetylcholinu, představují užitečný model pro zkoumání nových způsobů léčby cholinergní dysfunkce u AD a dalších onemocnění.
Druhá zpráva v časopise Journal of Neuroscience z 6. září ukazuje, že α-synuklein, který může způsobit dědičnou Parkinsonovu chorobu, pokud je mutovaný nebo nadměrně exprimovaný, zvyšuje cytosolický dopamin v neuronech, což podporuje myšlenku, že je to právě dopamin, který způsobuje největší poškození při Parkinsonově chorobě (viz související zpráva ARF).
V první zprávě vědci použili strategii knockdown, aby pochopili roli VAChT v neurotransmisi acetylcholinu. VAChT je nutný k naplnění zásobních vezikul ACh pro uvolnění v synapsích a první autorka Vania Prado a její kolegové usoudili, že jeho úplné vyřazení by bylo smrtelné. Místo toho vytvořili knockdown alelu narušením 5′ nepřekládané oblasti genu, což způsobilo částečné snížení hladiny mRNA VAChT. Výsledkem u heterozygotních myší bylo zhruba 40procentní snížení proteinu VAChT; u homozygotů byl pokles o 65 %.
Zvířata byla životaschopná, ale měla nižší uvolňování ACh na nervosvalových spojích, což bylo přičítáno sníženému obsahu vezikulárního ACh. Důsledky byly u homozygotů závažné: vykazovali výrazné poruchy svalové síly, neschopnost orientovat se na rotopedu a velmi malou fyzickou vytrvalost na běžeckém pásu. Naproti tomu heterozygotům trvalo déle než normálním myším naučit se rotorod, ale nakonec dosáhli stejné zdatnosti jako jejich mláďata divokého typu. Myši zřejmě tolerovaly mírné snížení VAChT na nervosvalových spojích bez motorických problémů, ale pod určitou hranicí je tento nedostatek vyřadil z provozu.
Svalové problémy homozygotů zabránily tomu, aby byly testovány na problémy s chováním, ale heterozygotní myši poskytly příležitost studovat podíl acetylcholinu v centrální nervové soustavě na komplexním chování. Za tímto účelem vědci nejprve potvrdili, že cholinergní tonus je u heterozygotů snížen. Mikrodialyzační měření ve frontální kůře a striatu živých zvířat ukázala snížení extracelulární hladiny ACh o třetinu a tlumení stimulovaného uvolňování. Celkový obsah ACh v mozku byl ve skutečnosti zvýšen, ale snížení VAChT mělo za následek menší uvolnitelný pool.
Heterozygotní zvířata si vedla stejně jako jejich normální vrstevníci v testu vyhýbání se, kdy se musela naučit a zapamatovat si, že nesmí sestoupit na elektrifikovanou plošinu. Výsledky ukazují, že tato dráha učení a paměti závislá na hipokampu je u zvířat zachována i přes jejich slabý cholinergní tonus. V jiném testu, rozpoznávání objektů, si však heterozygoti 1,5 nebo 24 hodin po tréninku hůře pamatovali známé objekty. Když byl „objektem“ jiné zvíře, také na něj nedokázali reagovat jako na známý. Vzhledem k tomu, že myši se navzájem rozpoznávají na základě pachu, vyšetřovatelé vyloučili, že by heterozygoti měli problémy s čichem, a dospěli k závěru, že selhání sociálního rozpoznávání bylo skutečnou kognitivní vadou. Tento paměťový defekt napodobuje některé příznaky Alzheimerovy choroby a je zajímavé, že byl zvrácen zvýšením hladiny ACh pomocí inhibitorů cholinesterázy. To ukazuje, že paměťové účinky byly způsobeny sníženým ACh, a ne nějakými vývojovými účinky sníženého VAChT. Inhibitory cholinesterázy neměly žádný vliv na chování myší divokého typu.
„Naše pozorování podporují názor, že snížený cholinergní tonus u myších modelů AD může skutečně způsobovat deficity v sociální paměti,“ píší autoři. Budoucí studie s využitím těchto myší podle nich mohou pomoci pochopit podíl poklesu cholinergního tonu na změnách chování, které doprovázejí patologické stavy CNS. Kromě toho poznamenávají, že jejich výsledky naznačují, že pokles exprese vezikulárních transportérů je hůře tolerován než pokles ACh syntetického enzymu cholin acetyltransferázy, který je široce používán k měření cholinergního deficitu u AD.
Na straně základního výzkumu práce ukazuje další místo regulace neurotransmise, tentokrát na presynaptické úrovni nakládání ACh do vezikul. Tento bod zkoumají v doprovodném náhledu Thomas Hnasko a Robert Edwards z Kalifornské univerzity v San Franciscu.
V druhé práci jsou patologické účinky α-synukleinu spojeny spíše s případem přílišného množství neurotransmiteru než s jeho nedostatkem. V tomto případě je neurotransmiterem dopamin, který může způsobit oxidační poškození, když se hromadí v cytosolu. Za normálních podmínek se cytosolový dopamin podílí na celkovém buněčném dopaminu jen malou částí, většina je sekvestrována ve vezikulách. K měření pouze cytosolického poolu použil první autor Eugene Mosharov intracelulární náplasťovou elektrochemii. Zjistil, že v buňkách PC12 je cytosolický dopamin pod hranicí detekce touto technikou, ale ošetření buňky L-DOPA vedlo k detekovatelným signálům. Ošetření buněk PC12, které nadměrně exprimovaly divoký typ nebo mutovaný α-synuklein (A30P nebo A53T), způsobilo větší nárůst cytosolického dopaminu než u buněk bez těchto proteinů, přičemž největší účinek měly mutanty. Aby se vědci ujistili, že výsledek není omezen na buňky ošetřené L-DOPA, zkoumali myší chromafinní buňky nadledvin, které měly detekovatelné bazální hladiny cytosolického dopaminu. Zjistili, že buňky odvozené od transgenních myší exprimujících mutant α-synukleinu A30P (ale nikoliv α-synuklein divokého typu) vykazovaly dvojnásobné zvýšení koncentrace cytosolického dopaminu.
Co by mohlo být příčinou tohoto zvýšení? Vědci zkontrolovali hladiny klíčových proteinů zapojených do metabolismu katecholaminů, ale žádná z těchto změn účinky nevysvětlovala. Na základě předchozích pozorování, že α-synuklein může zvyšovat propustnost vezikul, se podívali na vliv proteinu na izolovaná chromafinní granula. Působení na vezikuly s purifikovaným α-synukleinem, ať už mutovaným, nebo divokého typu, vyvolalo únik protonů z vezikul. Očekávalo se, že zhroucení proteinového gradientu přes membránu vezikul sníží příjem dopaminu do vezikul. V souladu s účinky na cytosolický dopamin v buňkách měly mutantní proteiny větší vliv na propustnost vezikul než divoký typ.
Pokud synuklein způsobuje únik dopaminu v buňkách, mohlo by to vysvětlit selektivní toxicitu proteinu pro dopaminergní neurony. Zvýšení hladiny dopaminu v buňkách způsobuje oxidační stres, což je vlastnost, kterou nesdílejí jiné neurotransmitery, které by mohly být uvolňovány synukleinem v jiných typech neuronů.-Pat McCaffrey