Ученые из Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН) вместе с коллегами из Марийского государственного университета при поддержке Российского научного фонда изучают механизмы развития патологии бокового амиотрофического склероза – тяжелейшего неизлечимого дегенеративного заболевания центральной нервной системы для разработки новых эффективных терапевтических подходов и персонализированных программ лечения. Результаты их исследований опубликованы в ноябре в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Боковой амиотрофический склероз – хроническое мультисистемное заболевание, характеризующееся прогрессирующей гибелью верхних и нижних мотонейронов, потерей мышечной массы и нарушением энергетического обмена. Боковой амиотрофический склероз является третьим по значимости нейродегенеративным заболеванием в мире с частотой встречаемости 2–2,5 на 10 тысяч человек в год. Большинство случаев этого заболевания (90–95 %) являются спорадическими, тогда как только 10 % случаев относятся к семейным формам. Две формы течения заболевания клинически неразличимы, поскольку в обоих случаях развиваются аналогичные патологические изменения нервно-мышечной системы. Таким образом, в возникновении этой патологии, помимо генетических мутаций, большое значение имеют факторы окружающей среды: например, токсины, тяжелые металлы, пестициды, черепно-мозговые травмы, вирусные инфекции, курение и другие. Это объясняет трудности в выявлении индивидуальных факторов риска и приближает боковой амиотрофический склероз к группе онкологических заболеваний, поскольку оба типа патологий, по-видимому, обусловлены последовательным воздействием многих факторов среды.

Ученые из Лаборатории митохондриального транспорта Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН начали исследовать эту патологию, обратив свое внимание на митохондрии – органеллы клеток, которые отвечают за производство энергии, необходимой для функционирования каждой из них.

Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник, к.б.н. Наталья Белослудцева рассказала сотрудникам пресс-службы: «Митохондрии играют ключевую роль в энергетическом и окислительно-восстановительном метаболизме, а также в поддержании внутриклеточного гомеостаза обмена белков и метаболизма РНК, которые критически необходимы для нормального функционирования клеток нервно-мышечной системы. Недавние исследования показали, что несколько генов, связанных с боковым амиотрофическим склерозом, в том числе самый известный SOD1 и недавно идентифицированные SQSTM1, OPTN и TBK1 играют важную роль в регуляции функции митохондрий в клетках. Накапливающиеся данные указывают на развитие дефектов «митохондриального гомеостаза» (митостаза) при данной патологии как на возможный патогенетический путь, который заслуживает более детального изучения».

Объединив обширный массив литературных данных, ученые выяснили, что морфология и динамика митохондриальной сети, механизмы контроля качества, подвижность и общая функция митохондрий представляют собой тесно взаимосвязанные процессы, которые играют фундаментальную роль в митохондриальном дисгомеостазе в нейронах, окружающих глиальных клетках, миоцитах и других типах клеток в периферических тканях при боковом амиотрофическом склерозе. Молекулярные механизмы, ответственные за изменение митостаза в клетках, пораженных боковым амиотрофическим склерозом, способствуют эксайтотоксичности, окислительному стрессу, дефициту энергии и, в конечном итоге, гибели мотонейронов и других клеток. Поврежденные митохондрии могут выделять ряд проапоптотических факторов и активаторов воспалительных реакций, называемые «связанные с повреждением молекулярные паттерны», что создает цикл прямой связи между митохондриальными нарушениями, воспалением и клеточной дегенерацией. Однако сложные молекулярные взаимосвязи между структурно-функциональными аномалиями митохондрий и специфическими изменениями в клетках, приводящими к нервно-мышечной дегенерации, до сих пор изучены плохо.

В исследовании ученых представлена обобщенная информация о недавнем прогрессе в изучении причин возникновения и прогрессирования митохондриального дисгомеостаза с акцентом на новое понимание роли контроля качества митохондрий и ремоделирования митохондриальной сети при развитии бокового амиотрофического склероза. Комплексная характеристика митохондриальной дисфункции в клетках, пораженных изучаемым заболеванием, и лежащих в ее основе молекулярных механизмов, может дать толчок к разработке новых эффективных терапевтических подходов и персонализированных программ лечения пациентов с боковым амиотрофическим склерозом.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 23-25-00286.

Источник: ИТЭБ РАН.