Ученые нашли переключатель выживания внутри клеток мозга

После таких событий, как инсульты, сотрясения мозга или нейродегенеративные заболевания, нейроны и их аксоны с гораздо большей вероятностью разрушаются, чем восстанавливаются. Аксоны — это длинные, похожие на волокна отростки, которые передают электрические сигналы через мозг и нервную систему, и их потеря играет важную роль в неврологическом ухудшении.

Новый способ думать о нейродегенерации

Исследователи из Мичиганского университета обнаружили результаты, которые бросают вызов давним предположениям о том, почему нейроны разрушаются. Их работа предлагает новые стратегии, которые однажды смогут помочь защитить пациентов от прогрессирующего неврологического повреждения.

Опубликовано в журнале Молекулярный метаболизмИсследование также может помочь объяснить редкие случаи, когда мозгу удается восстановиться после травмы. Исследователи говорят, что эта новая перспектива может открыть двери для будущих методов лечения, предназначенных для поддержки собственных защитных реакций мозга.

Как метаболизм сахара влияет на устойчивость нейронов

Используя хорошо зарекомендовавшую себя модель плодовой мухи, исследовательская группа обнаружила, что устойчивость нейрона к дегенерации тесно связана с тем, как он перерабатывает сахар. Другими словами, метаболизм играет центральную роль в определении того, ослабнут ли нейроны или выживут.

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом США, Фондом Риты Аллен и Стипендией Клингенштейна в области нейронаук.

«Метаболизм часто изменяется при черепно-мозговых травмах и таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, но мы не знаем, является ли это причиной или следствием заболевания», — сказала старший автор Моника Дус, доцент кафедры молекулярной, клеточной биологии и биологии развития UM.

«Здесь мы обнаружили, что снижение метаболизма сахара нарушает целостность нейронов, но если нейроны уже повреждены, та же самая манипуляция может упреждающе активировать защитную программу. Вместо разрушения аксоны держатся дольше».

Белки, которые чувствуют повреждение и контролируют дегенерацию

Ведущий автор Т. Дж. Уоллер, научный сотрудник с докторской степенью, определил два белка, которые, по-видимому, влияют на то, как долго аксоны остаются здоровыми после травмы. Одним из этих белков является киназа двойной лейциновой молнии, или DLK, которая действует как сенсор повреждения нейронов и становится активной при нарушении метаболизма.

Второй белок, SARM1 – сокращение от Sterile Alpha и TIR Motif-содержащий 1 – уже давно связан с дегенерацией аксонов. Исследование показывает, что активность SARM1 тесно связана с реакцией DLK.

«Что нас удивило, так это то, что нейрозащитная реакция меняется в зависимости от внутренних условий клетки», — сказал Дус. «Метаболические сигналы определяют, будут ли нейроны удерживать линию или начнут разрушаться».

Когда защита превращается в урон

В ситуациях, когда нейроны и аксоны остаются неповрежденными, активность DLK увеличивается, а движение SARM1 сдерживается. Эта комбинация, по-видимому, обеспечивает краткосрочную защиту. Однако исследователи обнаружили, что этот баланс не длится бесконечно.

Когда DLK остается активным в течение длительного периода времени, его роль меняется. Длительная активация приводит к прогрессирующей нейродегенерации, обращая вспять предыдущие защитные эффекты и со временем ускоряя повреждение.

Проблема определения DLK при заболеваниях

Благодаря своей центральной роли DLK стал важным объектом изучения и лечения нейродегенеративных заболеваний. Однако его двойственная природа затрудняет безопасное нацеливание, объяснил Уоллер.

«Если мы хотим задержать прогрессирование заболевания, мы хотим подавить его негативный аспект», — сказал Уоллер. «Мы хотим убедиться, что мы ни в коем случае не подавляем более положительный аспект, который на самом деле может способствовать естественному замедлению болезни».

Поиск способов управления противоположными эффектами DLK остается нерешенной задачей. Понимание того, как такие молекулы, как DLK, переключаются между защитными и вредными состояниями, может иметь серьезные последствия для лечения травм головного мозга и нейродегенеративных состояний.

Дус и Уоллер заявили, что понимание этого механизма «открывает новый взгляд на травмы и болезни, который выходит за рамки простого блокирования ущерба и фокусируется на том, что система уже делает для его усиления».