Возрастное накопление белка EPS8 усиливало образование патологических белковых агрегатов в моделях болезни Хантингтона и бокового амиотрофического склероза. Подавление этого сигнального пути уменьшало агрегацию и нарушения работы нервных клеток у нематод и в культурах человеческих клеток, однако клиническая эффективность такого подхода пока не изучалась.
Результаты исследования сотрудников Кластера передового опыта по изучению старения CECAD (CECAD Cluster of Excellence for Aging Research) опубликованы в журнале Nature Aging.
Как старение может нарушать контроль качества белков
Старение считается важнейшим фактором риска многих нейродегенеративных заболеваний. Одним из их общих признаков является нарушение протеостаза — способности клетки правильно синтезировать, сворачивать и удалять белки.
При болезни Хантингтона патологические изменения связаны с белком хантингтином, содержащим аномально длинный полиглутаминовый участок. При боковом амиотрофическом склерозе (БАС) в нервных клетках могут накапливаться, в частности, изменённые белки FUS и TDP-43. Несмотря на различия между заболеваниями, во всех этих случаях неправильно организованные белки способны объединяться в агрегаты и нарушать работу клеток.
Исследовательская группа под руководством Давида Вильчеса (David Vilchez) изучила, может ли возрастное изменение одного сигнального пути способствовать такой агрегации.
Основные эксперименты проводили на нематоде Caenorhabditis elegans. Этот небольшой червь широко используется для исследования старения, поскольку многие клеточные механизмы у него сходны с процессами, происходящими у человека.
С возрастом EPS8 переставал своевременно разрушаться
Учёные сосредоточились на белке EPS8 — субстрате сигнального пути рецептора эпидермального фактора роста 8. В норме клетка помечает ненужные белки молекулами убиквитина, после чего они могут быть разрушены протеасомой — внутриклеточной системой утилизации белков.
У стареющих нематод убиквитинирование EPS8 ослабевало. Из-за этого белок хуже удалялся и постепенно накапливался в клетках.
Повышенный уровень EPS8 чрезмерно активировал белки семейства RAC. Они относятся к малым гуанозинтрифосфатазам — молекулярным переключателям, регулирующим форму клетки, цитоскелет и различные сигнальные процессы.
Ранее исследователи связывали избыточную активность пути EPS8/RAC с возрастными изменениями актинового цитоскелета и сокращением продолжительности жизни нематод. В новой работе учёные проверили, влияет ли этот же механизм на агрегацию белков, характерных для нейродегенеративных заболеваний.
Подавление EPS8 уменьшало агрегацию белков
В одной из моделей нематоды синтезировали в нервной системе белки с удлинёнными полиглутаминовыми последовательностями, напоминающими патологический хантингтин при болезни Хантингтона.
Снижение активности гена eps-8 или родственных RAC-белков уменьшало количество нерастворимых полиглутаминовых агрегатов. При этом общий уровень исследуемого белка не снижался, что указывает именно на изменение его склонности к агрегации, а не просто на уменьшение синтеза.
Подавление сигнального пути также ослабляло возрастное ухудшение реакций нематод на прикосновение и химические раздражители. Эти тесты используются для оценки работы чувствительных нервных клеток.
Обратный эффект наблюдался у нематод с вариантом EPS8, который не мог нормально убиквитинироваться. Белок накапливался уже у молодых животных, а агрегация полиглутаминовых последовательностей и функциональные нарушения развивались раньше.
Результаты подтвердились в моделях БАС
Учёные также использовали нематод, синтезировавших связанные с БАС мутантные варианты белков FUS и TDP-43.
Подавление EPS8 или RAC уменьшало образование агрегатов обоих белков и частично сохраняло функции нервной системы. В модели с мутантным TDP-43 вмешательство также снижало дегенерацию гамма-аминомаслянокислотных нейронов — нервных клеток, использующих гамма-аминомасляную кислоту в качестве нейромедиатора.
Таким образом, действие пути EPS8/RAC не ограничивалось одним конкретным белком или одной экспериментальной моделью заболевания.
Однако эти результаты не означают, что EPS8 уже признан общей причиной нейродегенеративных заболеваний. Использованные модели воспроизводят лишь отдельные молекулярные и функциональные признаки болезни Хантингтона и БАС.
Регулятором EPS8 оказался фермент USP4
Исследователи также выявили механизм, способствующий возрастному накоплению EPS8. В нём участвовал фермент USP4, относящийся к деубиквитинирующим ферментам. Такие ферменты удаляют с белков убиквитиновые метки и тем самым могут препятствовать их разрушению.
С возрастом активность USP4 у нематод повышалась. Подавление соответствующего гена усиливало убиквитинирование EPS8, уменьшало его содержание и препятствовало накоплению патологических белков.
Кроме того, снижение активности USP4 после завершения развития продлевало жизнь нематод. Тем не менее продолжительность жизни модельного организма нельзя напрямую сопоставлять с течением нейродегенеративных заболеваний у людей.
Сходный эффект обнаружили в человеческих клетках
Чтобы проверить эволюционную сохранность механизма, учёные провели эксперименты на человеческих клетках HEK293. В них синтезировали мутантные варианты хантингтина, TDP-43 и FUS.
Снижение уровня EPS8 уменьшало накопление нерастворимых агрегатов всех трёх патологических белков. Подавление RAC-сигнализации и фермента USP4 также препятствовало агрегации в отдельных клеточных моделях.
При этом эксперименты проводились не на нервной ткани пациентов, а на лабораторной клеточной линии. Такие клетки удобны для изучения молекулярных механизмов, но не воспроизводят сложное взаимодействие нейронов, иммунных клеток и других компонентов человеческого мозга.
Механизм остаётся изучен не полностью
Авторы пока не установили единственный путь, посредством которого гиперактивация EPS8/RAC приводит к образованию белковых агрегатов.
Среди возможных объяснений рассматриваются возрастное нарушение структуры актинового цитоскелета и активация протеинкиназы JNK — фермента, участвующего в клеточном ответе на стресс. Эти изменения могут влиять на сворачивание, перемещение и утилизацию белков.
Вместе с тем исследование показало, что накопление регуляторного белка, который сам не является основным компонентом патологических агрегатов, способно косвенно нарушать протеостаз и усиливать нейродегенеративные изменения.
Что результаты могут означать для лечения
EPS8, RAC и USP4 могут рассматриваться как потенциальные мишени для будущих лекарственных исследований. Теоретически ослабление этого сигнального пути способно уменьшить агрегацию нескольких типов патологических белков.
Пока такой подход не испытывали на людях. Неизвестно, будет ли длительное подавление EPS8/RAC безопасным, поскольку этот путь участвует в нормальной работе цитоскелета и других важных клеточных процессах.
Для оценки терапевтического потенциала потребуются исследования на более сложных моделях, включая специализированные человеческие нейроны и млекопитающих, а затем — при достаточных доказательствах безопасности — клинические испытания.
Работа раскрывает возможную молекулярную связь между старением и нарушением контроля качества белков. Однако она пока объясняет лишь часть сложного механизма развития болезни Хантингтона, БАС и других возрастзависимых нейродегенеративных заболеваний.
Литература
Koyuncu S., Dominguez-Canterla Y., Alis R., Salarzai N., Petrovic D., Flames N., Vilchez D. The aging factor EPS8 induces disease-related protein aggregation through RAC signaling hyperactivation // Nature Aging. 2025. Vol. 5, No. 9. P. 1750. DOI: 10.1038/s43587-025-00943-w.