Как принцип сырной лапши может помочь в борьбе с болезнью Альцгеймера

Исследователи из Института Пола Шеррера PSI выяснили, как спермин — небольшая молекула, которая регулирует многие процессы в клетках организма — может защитить от таких заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона: он делает определенные белки безвредными, действуя немного как сыр на лапше, заставляя их слипаться. Это открытие может помочь в борьбе с такими заболеваниями. Исследование теперь опубликовано в журнале Nature Communications.

Продолжительность нашей жизни продолжает расти, и вместе с этим все более распространенными становятся возрастные заболевания, в том числе нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Эти заболевания вызваны скоплением в мозге вредных белковых структур, состоящих из неправильно свернутых амилоидных белков. Их форма напоминает волокна или спагетти. На сегодняшний день не существует эффективной терапии, позволяющей предотвратить или устранить такие скопления.

Однако встречающаяся в организме естественная молекула под названием спермин вселяет надежду. В ходе экспериментов исследователи под руководством руководителя исследования Цзинхуэй Луо из Центра наук о жизни Института Пола Шеррера PSI обнаружили, что это вещество способно продлевать продолжительность жизни мелких червей-нематод, улучшать их подвижность в пожилом возрасте и укреплять электростанции их клеток – митохондрии. В частности, исследователи наблюдали, как спермин помогает иммунной системе организма устранять повреждающие нервы скопления амилоидных белков.

Новые результаты могут послужить основой для разработки новых методов лечения таких заболеваний.

Спермин – жизненно важное вещество для организма. Он принадлежит к так называемым полиаминам, которые представляют собой относительно небольшие органические молекулы. Спермин, впервые обнаруженный более 150 лет назад, назван в честь семенной жидкости, так как там он содержится в особенно высоких концентрациях. Но это происходит и во многих других клетках организма – особенно в тех, которые активны и способны делиться.

Спермин способствует подвижности и активности клеток и контролирует многочисленные процессы. Прежде всего, он взаимодействует с нуклеиновыми кислотами генома, регулируя экспрессию генов и их превращение в белки. Это гарантирует, что клетки смогут правильно расти, делиться и в конечном итоге погибать. Спермин также играет центральную роль в важном клеточном процессе, называемом биомолекулярной конденсацией: в этом процессе определенные макромолекулы, такие как белки и нуклеиновые кислоты, разделяются и собираются внутри клетки в форме капель, так что там могут происходить важные реакции.

В связи с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера или Паркинсона, ранее были доказательства того, что спермин может защищать нервные клетки и облегчать возрастную потерю памяти. Однако до сих пор не было более точного понимания того, как спермин вмешивается в процессы, повреждающие нервы, – понимания, которое могло бы позволить извлечь из него медицинскую пользу.

Группа Цзинхуэй Ло теперь исследовала это более подробно. В дополнение к оптической микроскопии исследователи также использовали метод рассеяния SAXS в швейцарском источнике света SLS компании PSI, чтобы пролить свет на молекулярную динамику этих процессов. Исследования проводились как в стеклянном капилляре (in vitro), так и в живом организме (in vivo). Модельным организмом служила нематода C. elegans.

Было показано, что спермин заставляет вредные белки собираться и, в некотором смысле, слипаться вместе посредством биомолекулярной конденсации. Это облегчает процесс, называемый аутофагией, который регулярно происходит в наших клетках: поврежденные или ненужные белки заворачиваются в маленькие мембранные пузырьки и безопасно разлагаются ферментами — по сути, это естественный процесс переработки.

«Аутофагия более эффективна при обработке больших скоплений белка», — говорит руководитель исследования Луо. «А спермин является, так сказать, связующим агентом, который соединяет нити вместе. Между молекулами существуют лишь слабые электрические силы притяжения, которые организуют их, но не связывают прочно вместе».

Все это, по словам Луо, можно представить как тарелку спагетти. «Спермин похож на сыр, который соединяет длинную тонкую лапшу, не склеивая ее, что облегчает ее переваривание».

Спермин также оказывает влияние на другие заболевания, в том числе, например, на рак. Здесь также необходимы исследования для выяснения действующих механизмов – тогда будут возможны терапевтические подходы на основе спермина. Помимо спермина, существует множество других полиаминов, которые выполняют важные функции в организме и поэтому представляют интерес с медицинской точки зрения. Поэтому исследования в этой области имеют большой потенциал. «Если мы лучше поймем основные процессы, — говорит Луо, — мы сможем готовить, так сказать, более вкусные и удобоваримые блюда, потому что тогда мы будем точно знать, какие специи и в каких количествах делают соус особенно вкусным».

В этом поиске также используется искусственный интеллект, поскольку он может гораздо быстрее просчитывать перспективные комбинации «ингредиентов для соуса» на основе всех имеющихся данных. Луо также отмечает, что методы измерения рассеяния с временным разрешением и визуализация с высоким разрешением, которые могут отображать такие процессы в реальном времени и вплоть до субклеточного уровня, также важны для этого и последующих исследований. Помимо PSI, подобные методы имеются лишь на нескольких других синхротронных установках в мире.

Сунь Х, Саха Д, Ван
Модуляция спермином тау-белка Альцгеймера и альфа-синуклеина Паркинсона: значение для биомолекулярной конденсации и нейродегенерации.
Нац Коммун. 2025, 21 ноября;16(1):10239. здесь: 10.1038/s41467-025-65426-3