Наши знания о механизмах нейродегенеративных заболеваний ограничены, и в настоящее время эти заболевания считаются неизлечимыми. В результате научных исследований установлено, что в возникновении этих заболеваний участвуют различные мембранные и сигнальные процессы в нейронах и глиальных клетках. Выявление нарушений в этих процессах, которые приводят к ранним проявлениям патологий - является важной задачей современной биомедицины.
Исследования последних лет указывают на то, что ошибки в молекулярных механизмах, лежащие в основе нейродегенерации, могут происходить
в процессах, управляющих везикулярным транспортом, связывающих нервные терминали с телом нервной клетки и, прежде всего на пересечении различных функциональных клеточных процессов. Одним из таких "пересечений" является взаимодействие молекулярных механизмов, управляющих синаптической передачей и деградацией белков по механизму аутофагии (аутофагия-лизосомный путь - АЛП). Ученые обнаружили, что некоторые белки, управляющие циклом синаптических везикул в межнейронных синапсах могут включаться в другой клеточный процесс - АЛП. Возможность такого переключения предполагает, что эти белки играют важную роль на ранних этапах патологических изменений в нейронах при ряде нейродегенеративных заболеваний, таких как, например, болезнь Паркинсона. В нашем проекте мы исследуем функции семейства молекул эндофилинов-А, которые относится к суперсемейству белков, содержащих BAR (Bin/Amphiphysin/RVS domain)-домен.
Эндофилины А в синапсах образуют димер, который непосредственно взаимодействует с клеточной мембраной. Хорошо изучена функция эндофилина в цикле синаптических везикул - это участие в эндоцитозе при восстановлении пула синаптических везикул. Эндофилин обнаружен также на мембране фагофор и он участвует в формирования этих органелл в синапсе. Нарушения функции этого белка связывают с болезнью Паркинсона (БП). Эндофилин взаимодействует с двумя ключевыми белками, мутации в которых приводят к БП - это Е3-убиквитин лигаза Паркин и киназа LRRK2. У животных с выключенными генами эндофилина наблюдаются изменения уровня экспрессии альфа синуклеина - белка, участвующего в образовании патологических белковых агрегатов при БП -телец Леви. Кроме того было обнаружено, что частичная потеря эндофилина у мышей приводит к нейродегенерации, атаксии и уменьшению продолжительности жизни. Все эти данные указывают на важную роль этого белка для нормальной функции центральной нервной системы.
Основной задачей этого проекта является выяснение причин возникновения нейродегенеративных изменений при отсутствии эндофилинов-А или нарушении их функции, которые соответственно приводят к патологическим изменениям в процессах эндоцитоза и мембранного транспорта. В нашей работе мы используем модельные системы, в которых гены эндофилинов и синуклеинов частично или полностью выключенны, а также гигантский синапс у миноги, в котором взаимодействия между белками может быть нарушена с помощью микроиньекций активных молекул. С помощью этих модельных систем мы планируем: (1) исследовать роль эндофилина в процессах слияния синаптических пузырьков с плазматической мембраной и эндоцитозе, а также в организации пула синоптических везикул в активной зоне синапса и его связь с синаптическим белком альфа-синуклеином (основным компонентом телец Леви при БП), который также взаимодействуют с мембраной синоптический пузырьков; (2) обьяснить связь между эндофилином и аутофагией; и (3) исследовать эффекты мутаций в Е3-убиквитин лигазе Паркин в дофаминергических нейронах, которая взаимодействует с эндофилином. Мультидисциплинарный подход, который включает генетические и клеточные технологии, электронную микроскопию, микрокопию высокого разрешения (STED) и микроcкопию в живых нейронах, будет применяться в наших экспериментах. Это позволит получить объяснения механизмов нейродегенеративных процессов и ранней патологии БП и найти новые подходы для лечения этого заболевания.