Синаптическая дисфункция при болезни Альцгеймера (БА) вызвана накоплением пептидов бета-амилоида (Aβ) в пресинаптических терминалях нейронов. Однако то, как именно Aβ изменяет функцию пресинапсов, остается неясным, и это затрудняет поиск мишеней для терапии. Патогенный вариант пептида, Aβ42, образуется при протеолизе белка-предшественника амилоида (APP), и этот процесс может включать циркуляцию через синаптические везикулы. Авторы статьи в Science Translational Medicine выяснили, что леветирацетам — противоэпилептический препарат, нацеленный на синаптические везикулы — снижает накопление Aβ42 у мышей с БА.

Была определена локализация отложений Aβ42. Они использовали мышей AppNL-F/NL-F, у которых происходит раннее накопление Aβ42, и линию трансгенных мышей, которые экспрессировали легко деградируемый вариант зеленого флуоресцентного белка (GFP*). Это позволило отследить участки, где накапливаются белки, деградация которых нарушилась — ими оказались пресинаптические терминали возбуждающих нейронов.

Функция пресинапсов зависит от цикла синаптических везикул, и что через этот цикл Aβ42 может высвобождаться из пресинапсов во внеклеточное пространство. Проанализировав везикулы, полученные от AppNL-F/NL-F мышей, исследователи пришли к выводу, что App локализуется в везикулах, и его расположение подвергает этот белок воздействию кислой внутренней среды везикул. Это способствует протеолизу, усиливая накопление Aβ и потенциально нарушая цикл везикул.

Противоэпилептический препарат леветирацетам воздействует на синаптические везикулы, и уже было показано, что он может смягчать проявления БА, однако молекулярный механизм действия в данном случае не был изучен. Мишенью леветирацетама служит гликопротеин синаптических везикул SV2a. На первичных нейронах гиппокампа крыс ученые показали, что леветирацетам препятствует накоплению Aβ42. При этом препарат не влиял на уровень экспрессии App и не зависел от него — ученые подтвердили это, воспроизведя эксперимент на нейронах мышей с оверэкспрессией App и с нормальным уровнем экспрессии.

Следующей целью ученых стало определить механизм, по которому леветирацетам снижает уровни Aβ42. Они обрабатывали нейроны с мутацией в гене APP этим препаратом отдельно или в сочетании с малой интерферирующей РНК, которая подавляла экспрессию SV2a — мишени леветирацетама. Протеомный анализ не выявил глобальных различий между этими группами и контролем. Однако экспрессия отдельных групп менялась — в первую очередь снижались уровни белков, ассоциированных с циклом синаптических везикул. Проанализировав их судьбу в клетке более подробно, авторы работы пришли к выводу, что леветирацетам нормализует динамику синаптических везикул и способствует увеличению количества полноразмерного APP на их поверхности, то есть снижает патологический амилоидогенез.

Затем исследователи перешли к тестированию препарата на мышах. С помощью изотопной метки (15N) они отследили выработку Aβ42 de novo и подтвердили, что леветирацетам препятствует этому процессу.

Ученые проверили, какое влияние леветирацетам окажет на дефекты синапсов у мышей с БА. Опыты проводили на другой линии мышей с амилоидозом, поскольку использованная до этого модель не воспроизводит потерю синапсов. Исследователи сравнивали плотность синапсов в коре головного мозга у мышей в возрасте 1, 2 и 3 месяца. Разница появлялась на третий месяц — плотность синапсов у мышей с амилоидозом значительно снижалась по сравнению с контролем. Однако если с двухмесячного возраста такие мыши получали леветирацетам, утрата синапсов была намного менее выраженной.

Таким образом, препарат от эпилепсии леветирацетам снижает накопление патогенного бета-амилоида в пресинаптических терминалях и способствует сохранению функции синапсов. Полученные результаты указывают на потенциал этого препарата на ранних стадиях БА, до возникновения необратимых повреждений.

Источник: https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adp3984