Исследователи из Института биологических исследований Солка под руководством Брендана Миллера и Алана Сагателяна составили каталог микробелков - коротких цепочек аминокислот, строительных блоков белка, - в лобной коре человеческого мозга. Работа опубликована в журнале Nature Aging. Оказалось, что многие такие молекулы по-разному представлены у людей с симптомами болезни Альцгеймера и без них.

Микробелки короче 150 аминокислот. Из-за малого размера их трудно замечать обычными лабораторными методами, и долгое время такие последовательности не включали в стандартные каталоги белков. Часто они закодированы внутри или рядом с крупными известными генами, поэтому при обычном анализе активность в этих зонах приписывают "старшему" гену.

Сначала команда создала собственную базу данных: проанализировала РНК, рабочие копии генов, в тканях лобной коры 12 умерших людей и добавила найденные инструкции к стандартному справочнику белков человека. Затем с помощью масс-спектрометрии - метода, который определяет белки по массе их фрагментов, - исследователи изучили 610 образцов мозга и нашли 4321 микробелок, более 3000 из которых не значились в проверенных каталогах.

Чтобы убедиться, что находки реальны, учёные сопоставили данные с рибосомным профилированием, которое показывает, где клеточные "фабрики белка" активно считывают генетические инструкции, и применили инструмент глубокого обучения PROSIT для отсева ложных фрагментов. После фильтрации осталось 1067 ранее не описанных микробелков с высокой уверенностью в том, что они присутствуют в мозге.

Затем исследователи сравнили образцы людей без болезни Альцгеймера и с её симптомами. У пациентов с симптомами обнаружились десятки микробелков с изменённым уровнем. Например, микробелок гена BCL3 был менее обильным, а микробелок гена RAB3C - более обильным. Введённые в выращенные в лаборатории человеческие микроглии, основные иммунные клетки мозга, эти молекулы оставались стабильными и занимали определённые участки внутри клеток.

Оказалось, что примерно половина микробелков регулируется независимо от своих крупных "родительских" генов: уровень РНК микробелка менялся при Альцгеймере, тогда как РНК основного гена оставалась прежней. Это подтвердилось на отдельном наборе образцов мозга. Вероятной причиной назвали альтернативный сплайсинг - процесс, при котором клетка по-разному "нарезает и склеивает" участки РНК, получая разные белковые продукты.

Особое внимание уделили микробелку гена MKKS. Стандартные базы приписывают этому гену крупный белок, связанный с редким нарушением развития, но в лобной коре взрослого человека доминировал именно короткий микробелок. У людей с симптомами Альцгеймера его уровень был ниже. Активность микробелка совпадала с работой генов, отвечающих за митохондрии - энергетические станции клетки. Когда с помощью CRISPR, технологии редактирования генов, у лабораторных микроглий удалили участок, производящий этот микробелок, клетки стали потреблять меньше кислорода и вырабатывать меньше энергии.

Кроме того, исследователи нашли признаки того, что микробелки производятся и с псевдогенов - изменённых последовательностей ДНК, которые обычно считаются неактивными. Один из них, происходящий от псевдогена ACTBP7, при добавлении к микроглиям менял распределение структурных волокон клетки.

Авторы подчёркивают ограничения. Отсутствие белка в масс-спектрометрических данных не означает, что его нет в мозге: он мог оказаться ниже порога обнаружения. Изменённый уровень микробелка при Альцгеймере сам по себе не доказывает, что он вызывает болезнь: такие сдвиги могут быть реакцией клетки на повреждение или сбоем регуляции. Чтобы отличить причины от следствий, нужны дальнейшие эксперименты с отдельными микробелками в живых системах.

Источник: PsyPost