Некоторые самые ранние и потенциально самые критические изменения в зараженных прионом мозгах происходят при связях (синапсы) между нейронами, и определенно в так называемых древовидных позвоночниках. Древовидные позвоночники – выпячивание на постсинаптических ветках нейрона, которые получают сигналы от других нейронов. Однако до настоящего времени не было никакой экспериментально послушной образцовой системы, в которой ранние дегенеративные изменения, вызванные прионами, могут быть изучены в клеточной культуре.
Дэвид Харрис, из Медицинской школы Бостонского университета, США и коллеги утверждал, что доступность нейронной системы культуры, восприимчивой к токсичным эффектам прионов, крайне важна для понимания основных механизмов и для того, чтобы потенциально определить наркотики та нейродегенерация блока. В этом исследовании они сообщают о такой системе, которая воспроизводит острую прионную нейротоксичность посредством вырождения древовидных позвоночников на культурных гиппокампальных нейронах.
Исследователи, начатые нейронами культивирования, изолированными от гиппокампа (отдел головного мозга, вовлеченный в изучение и память) мышей. Эти нейроны могут сохраняться в культуре в течение трех недель, за это время они развивают зрелые дендриты, обитые позвоночниками, которые содержат химические рецепторы, которые получают сигналы от соседних нейронов.
Когда культурные нейроны были выставлены мозговым извлечениям из мышей с прионной болезнью (которые, как известно, содержат большие суммы заразных прионов), они показали быстрые и разительные перемены: В течение часов было серьезное сокращение позвоночников, уменьшая их общую плотность и размер остающихся. Эти изменения в позвоночниках произошли без крупномасштабного разрушения нейронов, предположив, что они представляли очень ранние события, которые затронут функционирование нейронов до их фактической смерти. Когда исследователи использовали три различных видов очищенных прионных приготовлений, они видели подобное древовидное сокращение позвоночника в культурах.Известно, что развитие прионной болезни включает изменение нормального клеточного прионного белка (определял PrPC), такой, что это принимает неправильную форму (определял PrPSc).
Получающийся PrPSc токсичен к нейронам, и он может размножить инфекцию, портя форму дополнительных молекул PrPC в своего рода цепной реакции.Чтобы проверить, зависели ли эффекты PrPSc в их клеточных культурах от нормального PrPC нейронов, исследователи произвели культуры гиппокампальных нейронов от мышей, которые были генетически спроектированы, чтобы испытать недостаток в PrPC. Эти культуры, они нашли, были стойкими к токсичному прионному воздействию, т.е., они не показали ни одного из изменений в древовидных позвоночниках, замеченных в нейронах по нормальным мышам, содержащим PrPC.Наконец, исследователи проверили нейроны от трансгенных мышей, выражающих мутанта молекулы PrPC, которые пропускали определенный регион, который, как думают, взаимодействует с ядовитыми прионами.
И действительно, исследователи нашли, что эти нейроны – точно так же, как нейроны без любого PrPC – были неуязвимы для прионной токсичности.Исследователи суммируют свои результаты следующим образом: «Мы описываем новую систему, которая способна к репродуцированию острой прионной нейротоксичности, на основе PrPSc-вызванного вырождения древовидных позвоночников на культурных гиппокампальных нейронах». Система, они заявляют, «обеспечивает новое понимание механизмов, ответственных за прионную нейротоксичность, и это обеспечивает платформу для тестирования потенциальных терапевтических агентов».
Поскольку «древовидная потеря позвоночника – общая тема во многих нейродегенеративных условиях, включая болезнь Альцгеймера, Хантингтон, и болезни Паркинсона, и была предложена способствовать клиническим признакам в пациентах», исследователи также предполагают, что их система допускает «прямые сравнения между патогенными механизмами, вовлеченными в прионные болезни и другие нейродегенеративные расстройства».