Уже давно известно, что болезнь Альцгеймера поражает разные участки мозга неравномерно, и ключевую роль в этом играет тау-белок. В норме он поддерживает структуру нейронов, но при Альцгеймере начинает сворачиваться неправильно, образуя клубки внутри клеток. Эти скопления распространяются по мозгу, нарушая работу нейронов и в итоге убивая их.

Тау-белок — молекула, которая в здоровом мозге стабилизирует микротрубочки (каркас нейронов). При Альцгеймере он сворачивается неправильно, образуя токсичные клубки, убивающие клетки.

Одни зоны, например энторинальная кора и гиппокамп, страдают первыми, а другие, такие как первичные сенсорные отделы, остаются устойчивыми. Ученые пытались понять, почему так происходит, изучая гены, связанные с болезнью, но до сих пор не могли точно определить, как именно генетические риски влияют на распределение тау-белка.

Новое исследование Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) проливает свет на этот вопрос. Ученые объединили данные МРТ, генетику и сложные математические модели, чтобы разобраться в механизмах болезни. Результаты, опубликованные в журнале Brain, показывают, что гены влияют на уязвимость или устойчивость к Альцгеймеру несколькими разными путями.

Исследователи использовали расширенную модель распространения болезни (eNDM). Они проанализировали снимки мозга 196 пациентов на разных стадиях Альцгеймера, сравнили их с предсказаниями модели и вычислили разницу — так называемый  «остаточный тау». Это позволило выявить зоны, где накопление белка зависит не только от связей между нейронами, но и от генов.

Сопоставив данные с картой экспрессии генов из Allen Human Brain Atlas, ученые выделили четыре типа генов:

• Гены уязвимости, связанные с сетью (SV-NA) — ускоряют распространение тау по нейронным связям.
• Гены уязвимости, независимые от сети (SV-NI) — провоцируют накопление тау вне зависимости от структуры мозга.
• Гены устойчивости, связанные с сетью (SR-NA) — защищают зоны, которые обычно страдают первыми.
• Гены устойчивости, независимые от сети (SR-NI) — работают как «скрытая броня» в неожиданных местах.

Гены уязвимости часто связаны со стрессом, обменом веществ и гибелью клеток, а гены устойчивости — с иммунным ответом и очисткой от амилоида, — объясняет Чаитали Ананд, ведущий автор исследования.

Это открытие опровергает старую теорию о том, что тау распространяется хаотично.

Ранее команда UCSF доказала, что белок движется по нейронным путям, а не просто диффундирует в межклеточном пространстве.

Наша модель — это как Google Maps для тау, — говорит Ашиш Радж, руководитель исследования. — Она предсказывает, куда белок пойдет дальше, учитывая реальные связи в мозге.

Теперь у науки есть новая карта для поиска мишеней терапии.

Этот прорыв может ускорить разработку лекарств. Если мы поймем, какие гены защищают мозг, можно создать препараты, имитирующие их действие. Например, усилить «гены устойчивости» или заблокировать „гены уязвимости“.

Также модель eNDM улучшит раннюю диагностику: если знать, куда пойдет тау, можно предсказать развитие болезни до появления симптомов.

Исследование опирается на ограниченную выборку  (196 пациентов) и данные атласа генов, которые могут не отражать индивидуальные различия. Кроме того, модель eNDM пока не проверена на других нейродегенеративных заболеваниях.

Ранее ученые нашли связь между качеством сна и снижением когнитивных способностей.