22 stycznia 2019 r. prestiżowy magazyn medyczny „Brain" opublikował artykuł prezentujący wyniki badań nad chorobą Alzheimera zespołu naukowców z Katedry Fizjologii i Biofizyki w Jacobs School of Medicine and Biomedical Sciences w z University of Buffalo.

Badacze odkryli, że poprzez skupienie się na zmianach o charakterze epigenetycznym możliwe jest odwrócenie spadku pamięci i procesów poznawczych u zwierząt w zaawansowanym stadium choroby Alzheimera.

„W tym artykule nie tylko zidentyfikowaliśmy czynniki epigenetyczne, które przyczyniają się do utraty pamięci, ale znaleźliśmy także sposoby ich tymczasowego odwrócenia" – podkreśla profesor Zhen Yan, kierująca pracami zespołu.

Epigenetyka jest nauką zajmującą się zmianą procesów informacji genetycznej zawartej w genach. Jej nazwa pochodzi od połączenia greckiego słowa „epi", oznaczającego przedrostek „poza czymś" i słowa „genetyka", oznaczającego naukę o dziedziczności i zmienności organizmów.

Mechanizmy epigenetyczne odpowiadają za to, że w naszym organizmie powstaje około 200 różnych rodzajów komórek, mimo że zawierają prawie identyczny genotyp. Dzięki mechanizmom epigenetycznym w organizmie inicjowane są procesy różnicowania tych komórek i zmiany w ekspresji genów. Te przeprogramowania wpływają na fenotyp i wraz z coraz trudniej naprawiającymi się uszkodzeniami komórkowymi są przyczyną starzenia się naszych organizmów.

Od lat naukowcy zastanawiają się czy niektóre z tych procesów są odwracalne.

Badania naukowców z University of Buffalo wydają się zmieniać nasze dotychczasowe spojrzenie na tę sprawę.

Przeprowadzili oni eksperymenty na myszach, które posiadały rodzinne mutacje genowe choroby Alzheimera. Pod uwagę brano jedynie osobniki z rodzin, w których więcej niż jedna mysz cierpiała na tę chorobę lub u których rozwój choroby był spowodowany urazem tkanek mózgowych.

Znaleźliśmy winowajcę

Obecnie wiemy już, że nasilenie choroby Alzheimera powodują czynniki ryzyka genetycznego i środowiskowego oraz takie procesy jak starzenie, które powodują zmiany epigenetyczne, prowadząc do zmian ekspresji genów. Nadal niewiele jednak wiadomo na temat tego, jak to się dzieje.

Profesor Yan podkreśla, że epigenetyczne zmiany w chorobie Alzheimera zdarzają się głównie w późniejszych stadiach tego schorzenia, kiedy pacjenci nie są w stanie zapamiętać na dłużej świeżo zdobytych informacji oraz wykazują najbardziej dramatyczny spadek poznawczy. Główną przyczyną tego stanu jest utrata receptorów glutaminianowych, które mają kluczowe znaczenie dla procesów uczenia się i utrzymania pamięci krótkotrwałej.

Naukowcy z Buffalo odkryli, że w chorobie Alzheimera wiele podjednostek receptorów glutaminianowych w korze czołowej jest rozregulowanych, przez co zakłócają sygnały pobudzające, co w konsekwencji upośledza pamięć roboczą.

Naukowcy odkryli, że zarówno u zwierząt żywych, jak i w tkankach pobranych od zmarłych pacjentów utrata receptorów glutaminowych jest wynikiem epigenetycznego procesu znanego jako represyjna modyfikacja histonów. Ten proces nasila się w chorobie Alzheimera.

Histony są białkami wchodzącymi w skład chromatyny, substancji zbudowanej z DNA występującej w jądrze komórkowym. Profesor Yan wyjaśnia, że modyfikatory histonów zmieniają strukturę chromatyny, która kontroluje, w jaki sposób materiał genetyczny uzyskuje dostęp do maszynerii transkrypcyjnej komórki. – Ta nienormalna modyfikacja histonów związana z chorobą Alzhemimera jest tym, co tłumi ekspresję genu, zmniejszając receptory glutaminianowe, prowadzi z kolei do utraty funkcji synaptycznych i deficytu pamięci – wskazuje Yan.

Zrozumienie tego procesu daje nadzieję na wynalezienie leku cofającego procesy utraty pamięci w chorobie Alzheimera. Jest to możliwe, ponieważ represyjna modyfikacja histonów jest kontrolowana lub katalizowana przez enzymy. Odkrycie amerykańskich naukowców może okazać się wielkim przełomem nie tylko w zapobieganiu chorobie Alzheimera, ale także w odwróceniu jej zaawansowanej postaci.

„Epidemia" alzheimera w Polsce

– Nasze badanie nie tylko ujawniły korelację między zmianami epigenetycznymi a chorobą Alzheimera – wskazuje prof. Yan – ale także odkryliśmy, że możemy skorygować dysfunkcję poznawczą poprzez celowanie w enzymy epigenetyczne w celu przywrócenia receptorów glutaminianowych. Innymi słowy, nauka znalazła sposób nie tylko na powstrzymanie procesu chorobowego, ale wręcz na cofnięcie choroby w jej bardzo zaawansowanych stadiach. Badanym zwierzętom trzykrotnie wstrzyknięto związki zaprojektowane do hamowania enzymu kontrolującego represyjną modyfikację histonów.

– Zwierzęta, którym podaliśmy inhibitor enzymu, zaczęły nagle odzyskiwać funkcje poznawcze. Potwierdziły to nasze testy ich zdolności rozpoznawczych, pamięci przestrzennej i pamięci roboczej. Byliśmy naprawdę bardzo zaskoczeni, widząc tak ogromną poprawę – podkreśla Yan – w tym samym czasie zaobserwowaliśmy odzyskanie ekspresji receptora glutaminowego i jego funkcji w korze czołowej.

Badania naukowców z Buffalo, wspierane przez National Institutes Health, mogą się okazać przełomem w poszukiwaniu skutecznej metody leczenia nawet zaawansowanych stadiów choroby Alzheimera. Dowodzą, że nieprawidłowa regulacja epigenetyczna ekspresji i funkcji receptora glutaminianowego przyczynia się do pogorszenia funkcji poznawczych w chorobie Alzheimera. Oznacza to, że znormalizowanie jej poprzez celowanie w specyficzne enzymy epigenetyczne wielu rozregulowanych genów, pozwoli przywrócić funkcje poznawcze i normalne zachowanie chorych na alzheimera.

To niezwykle ważna wiadomość także dla polskich pacjentów. Coraz więcej Polaków zapada bowiem każdego roku na tę straszną chorobę. Oblicza się, że w 2050 roku na alzheimera będzie chorować ponad milion Polaków.