Применение новой технологии 3D-визуализации помогает выявить раннюю стадию болезни Альцгеймера
Ученые из Каролинского института в Швеции с помощью новой технологии трехмерной визуализации подробно изучили и охарактеризовали ту часть мозга, в которой тау-белок – важный биомаркер в развитии болезни Альцгеймера – накапливается раньше всего. Результаты, опубликованные в журнале Acta Neuropathologica, могут позволить в будущем более точно диагностировать патологии спектра болезни Альцгеймера на ранних стадиях.
Норадренергические нейроны голубого пятна человека в трех измерениях. Источник: Gilvesy et al.
В новом исследовании ученые из Каролинского института, SciLifeLab в Стокгольме и нескольких университетов Венгрии, Канады, Германии и Франции применили современную технологию объемной визуализации в сочетании со световой микроскопией для исследования человеческого мозга, а именно одного из ядер в стволе мозга — голубого пятна.
Голубое пятно (locus coeruleus — LC) представляет собой ключевой узел мозга млекопитающих, который соединяется практически со всеми частями центральной нервной системы. Голубое пятно в мозге людей содержит около 20-50 тысяч нейронов, формирующих удлиненную палочковидную структуру в стволе мозга. LC – это основной центр, отвечающий за бодрствование, а также оно играет ключевую роль в избирательном внимании, мотивации, тревоге, эмоциональном обучении и в различных вегетативных функциях, таких как ноцицепция (ощущение боли) и постуральный мышечный тонус.
Тау-белок — протеин, который чаще всего встречается в нейронах центральной нервной системы. Он взаимодействуют с микротрубочками — структурами клеточного цитоскелета. Структура этого белка была впервые раскрыта в 1975 году исследователями Принстонского университета, хотя обнаружен он был еще раньше, в начале ХХ века.
Изучая ткани мозга скончавшегося от деменции пациента, Алоис Альцгеймер, в честь которого названа болезнь, заметил в них нейрофибриллярные клубки, то есть скопления тау-белка. Они образуются, когда отдельные белки склеиваются друг с другом, чего в норме происходить не должно. Позже выяснилось, что эти клубки присутствуют в клетках мозга у всех страдающих болезнью Альцгеймера, и особенно – в голубом пятне. При этом чем выраженнее клинические симптомы деменции, тем больше обнаруживается таких скоплений тау-белка. Таким образом, тау-патология голубого пятна – это такая отличительная черта болезни Альцгеймера, а также нескольких других возрастных нейродегенеративных заболеваний.
Используя 3D-изображения 20 посмертных образцов тканей человеческого мозга, исследователи обнаружили сложные и ранее не описанные клеточные формы тау-патологии голубого пятна уже на ранних стадиях болезни Альцгеймера. Стало понятно, что постепенная атрофия дендритов – первый морфологический признак дегенерации тау-содержащих нейронов голубого пятна, даже предшествующих поражению аксонов. Кроме этого, трехмерный анализ показал более выраженную патологию тау в дорсальном по сравнению с вентральным сегменте ядра LC. 3D анализ выявил неслучайное распределение тау-содержащих нейронов голубого пятна с тенденцией к кластеризации. Исследователи также обнаружили, что между дендритами соседних сгруппированных нейронов, несущих тау-белок, часто находились дендро-дендритные контакты. Это согласуется с теорией о том, что патологический тау-белок может распространяться через нейронные отростки от одного нейрона к другому, что было показано ранее в исследованиях in vitro и экспериментах на животных.
Результаты исследования представляют собой явный прогресс в понимании того, как архитектура клеток мозга может влиять на развитие и распространение патологического тау-белка. Новый методический подход, применяемый к человеческим тканям, открывает путь для более точных диагностических процедур даже на самых ранних стадиях спектра болезни Альцгеймера. Исследователи надеются, что это будет способствовать разработке более эффективных стратегий профилактики болезни Альцгеймера в будущем.
Текст: Виктория Киричок
Spatiotemporal characterization of cellular tau pathology in the human locus coeruleus–pericoerulear complex by three-dimensional imaging by Abris Gilvesy et al, Acta Neuropathologica (2022).