Российские ученые показали эффективность масс-спектрометрии для исследования главного маркера болезни Альцгеймера

❋ 5.1

Группа ученых Сколтеха под руководством профессора Евгения Николаева совместно с коллегами из МФТИ, Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта и Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля проанализировала возможности масс-спектрометрических методов по исследованию широкого спектра бета-амилоидных пептидов, входящих в число основных биомаркеров болезни Альцгеймера. Новые технологии на основе масс-спектрометрии помогут не только глубже разобраться в патогенезе заболевания, но и научиться диагностировать его на ранних стадиях, прогнозировать риск его возникновения и разрабатывать более эффективные терапевтические подходы.

Сколтех

# болезнь Альцгеймера

# маркер воспаления

# масс-спектрометрия

# пептиды

Российские ученые показали эффективность масс-спектрометрии для исследования главного маркера болезни Альцгеймера / ©Getty images / Автор: Sycophanta Duccius

В журнале Mass Spectrometry Reviews опубликована статья, в которой ученые обобщают последние достижения в этой области, а также сообщают о результатах своего исследования, где с помощью современных масс-спектрометрических методов им удалось обнаружить новый потенциальный триггер ускоренного образования в коре головного мозга амилоидных бляшек, которые считаются одной из причин развития болезни Альцгеймера.

Надо сказать, что эта болезнь — наиболее социально значимое нейродегенеративное заболевание среди пожилых людей и основная причина развития деменции. К числу самых характерных нейропатологических изменений при болезни Альцгеймера относится накопление в коре головного мозга бета-амилоидных пептидов, которые представляют собой фрагменты трансмембранного белка-предшественника бета-амилоида, состоящие из 39-42 аминокислот и различающиеся по длине и биохимическим свойствам.

Кроме того, они имеют отличия, обусловленные посттрансляционными модификациями (ПТМ), то есть изменениями химических свойств аминокислот, которые происходят уже после синтеза белка. Ученые обнаружили, что отдельные ПТМ больше других способствуют образованию бляшек и присутствуют в высоких концентрациях в сенильных бляшках пациентов с болезнью Альцгеймера. Наблюдая за всем разнообразием бета-амилоидных пептидов, можно повысить точность диагностики и эффективность контроля за прогрессированием заболевания. Наиболее точным и надежным методом анализа различных типов пептидов считается масс-спектрометрия.

«Мы стремились наглядно продемонстрировать возможности масс-спектрометрии по исследованию и диагностике болезни Альцгеймера. В нашей обзорной статье мы представили не только результаты собственных исследований, но и достижения других научных групп в этом направлении», − рассказывает один из авторов статьи, старший научный сотрудник Сколтеха Алексей Кононихин.

Схема эксперимента и результаты исследования: для анализа использовались трансгенные мыши, в мозге которых формируются бета-амилоидные бляшки, как и у больных Альцгеймером. Степень изомеризации бета-амилоидных пептидов (по вертикали) определяется интенсивностью масс-спектрометрического сигнала (по горизонтали). Результаты, полученные для мозга человека (зелёная точка), согласуются с результатами, полученными для мозга трансгенных мышей (фиолетовые точки) / ©Алексей Кононихин

«Благодаря масс-спектрометрии, мы вышли на новый уровень в понимании сложности бета-амилоидных пептидов, которые присутствуют в самых разных изоформах по всему организму человека. Мы показали, что при болезни Альцгеймера их состав меняется, а обнаружив отдельные изоформы пептидов, в частности, в образце крови пациента, можно диагностировать болезнь Альцгеймера даже на ранней стадии».

Масс-спектрометрия — аналитический метод, широко используемый для анализа пептидов и белков и позволяющий получать информацию о составе биологического образца в виде масс-спектра, который показывает относительное содержание компонентов с разной массой, а, точнее, разным отношением массы к заряду. Поскольку аминокислоты различаются по массе, точное измерение массы пептида и его фрагментов позволяет определить аминокислотную последовательность пептида и наличие ПТМ.

«Использование методов масс-спектрометрии позволило нам не только обнаружить бета-амилоидные пептиды во всем их разнообразии, но и получить более полную картину происходящего. Масс-спектрометрия позволяет лучше понять патогенез болезни Альцгеймера и более точно диагностировать это заболевание, особенно на ранних стадиях», − продолжает Алексей Кононихин.

В отличие от обычных ПТМ, изомеризация аминокислот, имеющая особое значение в случае болезни Альцгеймера, не приводит к изменению массы пептида, поэтому обнаружить его не так просто. В случае бета-амилоидных пептидов особый интерес представляет спонтанная изомеризация седьмой аминокислоты в последовательности — остатка аспарагиновой кислоты. Эта модификация присутствует в большинстве бляшек у пациентов с болезнью Альцгеймера и считается потенциальным триггером накопления бета-амилоидов.

«Мы разработали количественный масс-спектрометрический метод обнаружения изомеризации и исследовали накопление пептидных форм в динамике. Впервые продемонстрировали сравнение бета-амилоидных пептидов из образцов ткани головного мозга пациентов с болезнью Альцгеймера и трансгенных мышей с близкой к болезни Альцгеймера симптоматикой.

Мы установили, что у трансгенных мышей с возрастом повышается степень изомеризации бета-пептидов в бляшках, причем процесс образования бляшек у этих мышей имеет весьма интересную динамику: в частности, начиная с семимесячного возраста растет содержание изомеризованных форм, а с десятимесячного — происходит быстрое формирование бляшек.

Таким образом, наши результаты частично подтверждают гипотезу о том, что изомеризация может служить триггером для образования бляшек, однако для окончательного подтверждения этой гипотезы необходимы дополнительные экспериментальные исследования», − отмечает в заключение Алексей Кононихин.

Представленные авторами результаты свидетельствуют о том, что применительно к исследованиям бляшек у пациентов с болезнью Альцгеймера масс-спектрометрические методы, обладающие высокой чувствительностью и специфичностью, могут стать эффективным инструментом для проверки результатов, полученных другими методами, а также для поиска новых видов бета-амилоидных пептидов. Анализ разновидностей таких пептидов имеет особое значение для уточнения патогенеза болезни Альцгеймера, прогнозирования повышенной степени риска развития заболевания и разработки эффективной терапии.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.