С возрастом люди становятся более подвержены нарушениям мыслительной деятельности, слабоумию и ишемическим инсультам, чреватым летальным исходом. Обычно такие заболевания вызваны повреждением малых кровеносных сосудов, что приводит к недостатку кровоснабжения мозга – патологического состояния, известного как церебральная ишемическая болезнь малых сосудов мозга (small vessel disease — SVD). Такие повреждения чаще всего являются результатом естественного старения, но у некоторых людей из-за редких генетических мутаций инсульты случаются на 20-30 лет раньше, чем в среднем по популяции. Известно, что SVD наступает в результате нарушения функций особого трансмембранного рецепторного белка, называемого Notch3. К сожалению, сам процесс повреждения белка до сих пор оставался малоизученным, так как у ученых не было хороших моделей на животных для изучения этого заболевания. Однако недавно группе французских исследователей во главе с Норбертом Хюбнером (Norbert Huebner) удалось создать линию мышей с мутацией в гене Notch3, у которых повторялось течение SVD. Исследования, результаты которых появились в выпуске журнала Journal of Clinical Investigation от 20 февраля 2010 г., способствуют осознанию механизмов, лежащих в основе заболевания, и происхождения некоторых его симптомов.

Тщательное посмертное обследование пациентов, умерших от наследственной формы SVD, позволило выявить у них дефекты артериол и артериальных капилляров мозга. Вокруг сосудов происходило образование толстой белковой оболочки, а также уменьшалось количество гладкомышечных клеток, отвечающих за сужение и расширение сосудов. До настоящего времени большинство ученых предполагало, что симптомы заболевания возникают по мере накопления различных белковых фибрилл, не подвергающихся физиологическому разрушению, в стенке сосуда и возрастной потери гладкомышечных клеток. Новое исследование говорит о совсем другом развитии событий.

У здоровых людей гладкомышечные клетки продуцируют белок Notch3, который после синтеза разрезается ферментами на 2 фрагмента – короткий и длинный. Короткий фрагмент прикреплен к клеточной мембране с внутренней стороны (находится в цитоплазме клетки) и служит своего рода якорем, к которому крепится длинный фрагмент белка с наружной стороны мембраны. У людей с мутацией в Notch3 вырабатывается недостаточное количество коротких фрагментов белка, в результате чего длинные фрагменты высвобождаются и накапливаются в качестве одного из компонентов белковой оболочки вокруг кровеносных сосудов.

Хюбнер с коллегами пытались понять, как именно мутация в гене Notch3 влияет на изменение функций белка и приводит к симптомам заболевания. Для этого учеными были получены трансгенные мыши с точечными мутациями, отвечающими за образование в их организме человеческого белка Notch3 со специфически измененной аминокислотной последовательностью. Несколько лабораторий, включая лабораторию Хюбнера, пытались сделать это в течение нескольких лет, но до сих пор ни у одной из экспериментальных линий мышей не наблюдалось изменений в кровеносных сосудах или повреждений мозга, свойственных пациентам с ишемическим инсультом. Одна из основных сложностей заключается в том, что у человека болезнь развивается в относительно позднем возрасте, что затрудняет ее изучение на животных с достаточно короткой продолжительностью жизни.

Одним из возможных решений было стимулировать клетки мышей к продукции аномально высокого количества дефектных молекул, что должно было ускорить течение заболевания. Для этого ученые внедрили в эмбриональные клетки мышей большой фрагмент мутантного гена Notch3 вместе с «контрольным участком», определяющим, где и в каком количестве будет синтезироваться белок. Мыши, получившие дефектную форму белка без контрольного участка, не развивали симптомов ишемического инсульта.

Эксперимент прошел успешно: клетки мозга мышей синтезировали большое количество мутантного белка Notch3. К тому времени, как возраст животных составил 18-20 месяцев, у них развились типичные симптомы наследственного ишемического инсульта, включающие накопление большого количества дефектных белков вокруг кровеносных сосудов и повреждение мозга.

Ученым удалось установить, что мутация в гене Notch3 приводит к многократному повышению концентрации длинного фрагмента белка в гладкомышечных клетках сосудов, а также к интенсивному образованию агрегатов данного белка, что вызывает резкое уменьшение диаметра мелких артериол. Следствием этого становится ишемия (местное малокровие) нервной ткани, провоцирующая снижение доставки питательных веществ и кислорода клеткам мозга.

«Это переворачивает сложившуюся у нас ранее картину развития повреждений мозга в течение заболевания, — говорит руководитель исследования, — Мы обнаружили, что ткань вокруг кровеносных сосудов повреждалась еще до накопления белковых волокон и потери гладкомышечных клеток. Ранее считалось, что именно эти события и служат причиной возникновения симптомов заболевания; сейчас мы склонны думать, что они являются лишь факторами, усугубляющими течение заболевания на поздних стадиях».

«Мы доказали, что специфическая точечная мутация в гене Notch3 вызывает образование дефектного белка, изменяющего параметры стенки мелких артерий головного мозга и обусловливающего глубокие изменения структуры и функции нервной ткани и развитие ишемической болезни мозга. Полученная нами линия мышей, точно воспроизводивших симптомы наследственной формы SVD, будет полезна для дальнейших исследований заболевания, включая разработки методов профилактики и эффективного лечения SVD», — говорит Хюбнер.

По материалам:
Max-Delbrueck-Centrum Fuer Molekulare Medizin

Оригинальная статья: Huebner N. Cerebrovascular dysfunction and microcirculation rarefaction precede white matter lesions in a mouse genetic model of cerebral ischemic small vessel disease. J Clin Invest. 2010 Feb; 120(2): 433-45.