«Впервые мы использовали стволовые клетки человека, полученные от пациентов с болезнью Паркинсона, чтобы показать, что генетическая мутация в сочетании с воздействием пестицидов создает сценарий« двойного удара », вызывая образование свободных радикалов в нейронах, которые отключают определенные молекулярные пути, вызывающие нервную систему. смерть клеток ", — говорит Стюарт Липтон, доктор медицины, доктор философии, профессор и директор Центра нейробиологии, старения и исследования стволовых клеток Сэнфорд-Бернхема, и старший автор исследования.До сих пор связь между пестицидами и болезнью Паркинсона была основана в основном на исследованиях на животных и эпидемиологических исследованиях, которые продемонстрировали повышенный риск заболевания среди фермеров, сельского населения и других лиц, подвергающихся воздействию сельскохозяйственных химикатов.В новом исследовании Липтон вместе с Раджешем Амбасудханом, доктором философии, доцентом-исследователем Центра Дель Э. Уэбб, и Рудольфом Дженишем, доктором медицины, членом-основателем Института биомедицинских исследований Уайтхеда и профессором биологии Массачусетского института. of Technology (MIT) использовали клетки кожи пациентов с болезнью Паркинсона, у которых была мутация в гене, кодирующем белок под названием альфа-синуклеин. Альфа-синуклеин — это основной белок, обнаруженный в тельцах Леви — сгустках белка, которые являются патологическим признаком болезни Паркинсона.
Используя клетки кожи пациентов, исследователи создали индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (hiPSC), содержащие мутацию, а затем «скорректировали» мутацию альфа-синуклеина в других клетках. Затем они перепрограммировали все эти клетки, чтобы они стали специфическим типом нервных клеток, которые повреждаются при болезни Паркинсона, которые называются допаминсодержащими нейронами A9, — таким образом создавая два набора нейронов, идентичных во всех отношениях, за исключением мутации альфа-синуклеина. .«Воздействие пестицидов как на нормальные, так и на мутантные нейроны, включая паракват, манеб или ротенон, приводило к образованию избыточных свободных радикалов в клетках с мутацией, вызывая повреждение дофаминсодержащих нейронов, что привело к гибели клеток», — сказал Франк Солднер, доктор медицины. научный сотрудник лаборатории Яениша и соавтор исследования.
«Фактически, мы наблюдали пагубное воздействие этих пестицидов при кратковременном воздействии на них дозами, значительно ниже принятых EPA», — сказал Скотт Райан, доктор философии, исследователь Центра Дель Э. Уэбб и ведущий автор статьи.Доступ к генетически подобранным нейронам, за исключением одной мутации, упростил интерпретацию генетического вклада в вызванную пестицидами гибель нейронов. В этом случае исследователи смогли точно определить, как клетки с мутацией при воздействии пестицидов нарушают ключевой митохондриальный путь, называемый MEF2C-PGC1alpha, который обычно защищает нейроны, содержащие дофамин.
Свободные радикалы атаковали белок MEF2C, что привело к потере функции этого пути, который в противном случае защищал бы нервные клетки от пестицидов.«Как только мы поняли путь и молекулы, которые были изменены пестицидами, мы использовали высокопроизводительный скрининг для выявления молекул, которые могут ингибировать действие свободных радикалов на этот путь», — сказал Амбасудхан. «Одной из обнаруженных нами молекул был изоксазол, который защищал мутантные нейроны от гибели клеток, вызванной тестируемыми пестицидами.
Поскольку некоторые одобренные FDA препараты содержат производные изоксазола, наши результаты могут иметь потенциальные клинические последствия для перепрофилирования этих препаратов для лечения болезни Паркинсона».Хотя исследование ясно показывает взаимосвязь между мутацией, окружающей средой и повреждениями, нанесенными дофаминсодержащим нейронам, оно не исключает важность других мутаций и путей. Команда планирует изучить дополнительные молекулярные механизмы, которые демонстрируют, как гены и окружающая среда взаимодействуют, способствуя развитию болезни Паркинсона и других нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и БАС.«В будущем мы планируем использовать знания о мутациях, которые предрасполагают человека к этим заболеваниям, чтобы предсказать, кто должен избегать конкретного воздействия окружающей среды.
Более того, мы сможем проводить скрининг пациентов, которым может помочь конкретная терапия, которая может предотвращать, лечить или, возможно, вылечить эти заболевания », — сказал Липтон.