Naukowcy odkryli kluczowy proces białkowy kontrolujący aktywację uśpionych komórek macierzystych mózgu, niezbędnych do naprawy i regeneracji tkanki mózgowej. Odkrycie to, obejmujące modyfikację białka zwaną SUMOilacją, otwiera drzwi do nowych możliwości leczenia chorób neurodegeneracyjnych, takich jak Alzheimera i Parkinsona.
Zespół międzynarodowych neuronaukowców, kierowany przez Duke-NUS Medical School, odkrył mechanizm kontrolujący reaktywację nerwowych komórek macierzystych – kluczowych dla naprawy i regeneracji komórek mózgowych. To przełomowe badanie, opublikowane 17 października w Komunikacja przyrodniczakryje w sobie obiecujący potencjał poprawy naszej wiedzy i leczenia chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona.
Nerwowe komórki macierzyste dają początek niezbędnym komórkom funkcjonalnym mózgu. Po wczesnym rozwoju mózgu te komórki macierzyste zazwyczaj przechodzą w stan uśpienia, aby oszczędzać energię i zasoby. „Budzą się” tylko wtedy, gdy jest to konieczne, na przykład po uszkodzeniu mózgu lub podczas aktywności fizycznej. Wraz z wiekiem mniej neuronowych komórek macierzystych może zostać aktywowanych ze stanu uśpienia, co przyczynia się do chorób neurologicznych. Zrozumienie, jak działa proces reaktywacji, jest kluczem do opracowania nowych metod leczenia tych zaburzeń.
Rola SUMOilacji w reaktywacji komórek macierzystych
W tym badaniu zespół odkrył, że określona grupa białek odgrywa zasadniczą rolę w „budzeniu” uśpionych nerwowych komórek macierzystych w procesie zwanym SUMOilacją.
W SUMOilacji małe białko o nazwie SUMO (mały modyfikator podobny do ubikwityny) znakuje docelowe białka wewnątrz komórki, aby wpłynąć na ich aktywność i/lub funkcję. Naukowcy odkryli, że białka znakowane SUMO wyzwalają reaktywację nerwowych komórek macierzystych, umożliwiając im przyczynianie się do rozwoju i naprawy mózgu. I odwrotnie, bez obecności białek SUMO, muszki owocowe wytwarzały fenotyp przypominający małogłowie. To pierwsze badanie mające na celu dokładne określenie roli rodziny białek SUMO w reaktywacji nerwowych komórek macierzystych.
Doktor Gao Yang, pracownik naukowy programu Duke-NUS dotyczącego neurologii i zaburzeń zachowania oraz pierwszy autor badania, zauważył:
„Po raz pierwszy wykazaliśmy, że rodzina białek SUMO odgrywa kluczową rolę w reaktywacji nerwowych komórek macierzystych i ogólnym rozwoju mózgu. Idąc o krok dalej, pokazaliśmy również, że brak tych białek normalny rozwój neuronów jest utrudniony, a muszkom owocowym rozwijają się mniejsze mózgi, charakterystyczne dla małogłowia”.
Implikacje dla medycyny regeneracyjnej
Zagłębiając się w skutki SUMOilacji, naukowcy ustalili, że reguluje ona kluczowe białko w innym dobrze znanym szlaku, zwanym hipopotamem. Chociaż wiadomo, że szlak Hippo odgrywa kluczową rolę w procesach komórkowych, takich jak proliferacja komórek, śmierć komórek i wielkość narządów, znanych jest bardzo niewiele regulatorów tego szlaku w mózgu.
Po zmodyfikowaniu przez SUMO, centralne brodawki białkowe szlaku Hippo, które ograniczają wzrost komórek i zapobiegają reaktywacji nerwowych komórek macierzystych, stają się mniej skuteczne. Umożliwia to nerwowym komórkom macierzystym wzrost i podział, tworząc nowe neurony, które przyczyniają się do funkcjonowania mózgu.
Odblokowywanie potencjalnych terapii schorzeń neurologicznych
Profesor Wang Hongyan, pełniący obowiązki dyrektora programowego programu badań nad neurologią i zaburzeniami zachowania oraz główny autor badania, powiedział:
„Biorąc pod uwagę, że białka SUMO i szlak Hippo są wysoce konserwatywne u ludzi, nasze odkrycia mają znaczenie nie tylko w przypadku muszek owocowych. Są również ważne dla zrozumienia biologii człowieka. Zakłócenia w procesie SUMOilacji i szlaku Hippo są powiązane z różnymi chorobami u ludzi, w tym nowotworami i chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Alzheimera i Parkinsona. Nasze nowe spojrzenie na rolę SUMOilacji w mózgu otwiera nowe, ekscytujące możliwości interwencji, które mogą prowadzić do terapii celowanych wykorzystujących własne siły regeneracyjne organizmu”.
Profesor Wang i jej zespół wykazali już wcześniej, że neuronalne komórki macierzyste muszki owocowej już tak doskonały model za odkrycie tajemnic uśpienia, reaktywacji i regeneracji neuronów.
Profesor Patrick Tan, starszy prodziekan ds. badań w Duke-NUS, skomentował:
„To odkrycie pogłębia naszą wiedzę na temat działania i kontroli komórek, co stanowi podstawę do opracowania nowych regeneracyjnych terapii chorób neurodegeneracyjnych. Jednocześnie otwiera nowe możliwości opracowania metod leczenia schorzeń neurologicznych, takich jak małogłowie. W miarę kontynuacji badań zbliżamy się do znalezienia skutecznych sposobów pomocy osobom cierpiącym na te zaburzenia i poprawy ich jakości życia”.
Odniesienie: „SUMOilacja kinazy brodawek promuje reaktywację nerwowych komórek macierzystych” autorstwa Yang Gao, Ye Sing Tan, Jiaen Lin, Liang Yuh Chew, Htet Yamin Aung, Brinda Palliyana, Mahekta R. Gujar, Kun-Yang Lin, Shu Kondo i Hongyan Wang , 17 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52569-y
