Autoři zjistili, že REST (repressor element 1 silencing transcription factor) ve stárnoucím lidském mozku koordinuje neuroprotektivní reakci na stres. Vyřadí z funkce geny ovlivňující buněčnou smrt a podporuje ochranné faktory. Vysoká hladina REST je spojena se zachovanou kognitivní schopností navzdory přítomnosti amyloidu a neurofibrilárních uzlíků a naopak – u lidí se ztrátou paměti je faktoru REST málo nebo zcela zmizel. Tato data naznačují, že k vývoji demence je třeba nejen typických patologických změn Alzheimerovy choroby, ale také poruchy v reakci mozku na stres.
Ochrana před buněčnou smrtí
O faktoru REST se dříve soudilo, že je aktivní pouze ve vyvíjejícím se mozku a nenachází se v normálních zralých neuronech. Autoři proto byli překvapeni, když REST nalezli ve stárnoucích neuronech. V publikované studii první autor Tao Lu vyšetřoval expresi faktoru REST v pitevním materiálu a zjistil, že neurony v prefrontální mozkové kůře a v hippocampu starých lidí obsahují 5x více faktoru REST než neurony mladých osob, což potvrzuje, že se hromadí se stoupajícím věkem.
Další analýza ukázala, že REST je schopen vyřadit z činnosti mnohé geny, které jsou zapojeny do buněčné smrti (jako FAS, FADD a cytochrom c), a tlumí geny podporující vznik a rozvoj Alzheimerovy patologie včetně presenilinu 2 a kináz, jež fosforylují tau-protein. Nadměrná exprese faktoru REST v neuronálních buněčných liniích byla spojena s expresí několika genů, které chrání neurony před buněčnou smrtí a oxidativním stresem (jako BCL2, SOD1, kataláza a transkripční faktory FOXO). Děje se tak nepřímo, pomocí represe mikroRNA, čímž dojde k utlumení ochranných genů. REST koordinuje síť genů, které chrání stárnoucí neurony.
Pokusy na myších i červech
Tým vědců z Harvardovy univerzity testoval funkci REST na několika modelových systémech zahrnujících neuronální tkáňové kultury, knock-out myši a červy. Ve všech případech neurony bez tohoto faktoru uhynuly rychleji po stresu, kterému byly vystaveny, a u knock-out myší se vyvinula neurodegenerace ve věku kolem 8 měsíců. Červi bez SPR-4 (= REST ortholog) zahynuli po oxidativním stresu dvakrát rychleji než subjekty v kontrolní skupině. Ve všech modelech exprese REST neurony zachránila.
Oxidativní stres, který stoupá s věkem, je považován za rizikový faktor Alzheimerovy choroby. V několika desítkách vzorků mozkové tkáně z pitevního materiálu pacientů s Alzheimerovou chorobou protein REST vymizel z jader neuronů v mozkové kůře a hippocampu a hromadil se s amyloidem beta v autofagosomech. Totéž vědci nalezli v mozkové u jiných neurodegenerativních chorob, jako je frontotemporální demence a demence s Lewyho tělísky. Tento histologický nález spojení proteinu REST s patologickým proteinem charakteristickým pro určitý neurodegenerativní proces podle autorů pravděpodobně znamená, že REST je odstraněn autofagií.
Naskýtá se otázka, jak brzy během těchto chorob k popsaným změnám dochází. U lidí, kteří zemřeli s mírným amnestickým kognitivním poškozením, klesl protein REST v mozkové kůře a hippocampu na polovinu ve srovnání s neurony zdravého starého člověka.
Potvrzení i v dalších studiích
V dalším stadiu výzkumu autoři srovnali expresi protein REST s úrovní kognitivní funkce v datech z Religious Orders Study a Rush Memory and Aging Project. V těchto longitudinálních studiích dobrovolníci podstoupili série kognitivních testů a po smrti darovali své mozky na výzkum. Ti, kteří měli v nekroptickém materiálu více proteinu REST v neuronech mozkové kůry a hippocampu, měli lepší výsledky v kognitivních testech (zejména co se týče epizodické paměti) a patologické změny Alzheimerovy choroby se u nich objevovaly méně často. Subjekty, u nichž se našly plaky a uzlíky, ale nepatrné kognitivní poškození, měly třikrát více proteinu REST v jádrech neuronů než pacienti s demencí, což podporuje teorii, že REST po určitou dobu chrání kognitivní schopnosti navzdory přítomnosti Alzheimerovy choroby.
Yankner a jeho spolupracovníci pátrali také po proteinech, které by mohly kontrolovat REST. Zjistili, že buňky vystavené stresu vylučují rozpustný faktor, který indukuje tento transkripční faktor v neuronech, jež ve stresu nebyly, že k indukci dochází stimulací purifikovaným Wnt-3a a Wnt-7a a že inhibitory Wnt signalizace indukci zablokují. Toto pozorování je v souladu s výsledky jiných autorů, kteří došli k názoru, že REST je cílem Wnt signalizace (Willert et al. 2002). Některé léky jako lithium (stabilizátor nálady) aktivují tuto signalizační cestu a v některých dřívějších studiích (Terao et al. 2006, Yeh and Tsai 2008, Nunes et al. 2013) byla zjištěna nižší incidence Alzheimerovy choroby právě u lidí léčených lithiem. Yankner s kolegy pokračují ve studiích a hledají jiné molekuly, které by mohly zvýšit expresi proteinu REST a měly rovněž léčebný potenciál.