В отличие от большинства клеток нашего организма, нейроны практически не обладают способностью к самовосстановлению. После инсульта, травм или при развитии нейродегенеративных заболеваний длинные отростки клеток — аксоны — начинают стремительно разрушаться, что ведет к необратимой потере функций мозга.
Ученые показали, что метаболизм сахара защищает мозг от разрушения
Исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что способность нервных клеток противостоять разрушению напрямую зависит от переработки сахара. Ученые выяснили, что изменение метаболизма глюкозы способно активировать в поврежденных нейронах особую защитную программу, сохраняющую целостность аксонов.
Причина, по которой нейроны или разрушаются, или сохраняются, после черепно-мозговой травмы, может заключаться в том, как они используют сахар. Shutterstock
Белок SARM1 называют «ферментом самоуничтожения». В нормальных условиях он неактивен, но при серьезном повреждении аксона или резком падении уровня энергии (которое связано с метаболизмом сахара) он начинает стремительно расщеплять молекулу NAD+, необходимую для жизни клетки. Когда запасы энергии истощаются, аксон буквально рассыпается. Исследование поясняет, что манипуляции с сахаром позволяют «обмануть» этот механизм, вовремя перенастроив датчики повреждений.
Но эксперименты на моделях плодовых мушек показали, что устойчивость нервной системы тесно связана с тем, как клетки усваивают сахар. Оказалось, что метаболизм сахара не просто обеспечивает клетку энергией, но и выступает в роли дирижера, определяющего судьбу поврежденного волокна. Работа опубликована в журнале Molecular Metabolism.
Схема исследования.
Исследователи зафиксировали любопытный парадокс: снижение уровня сахара в здоровом состоянии подрывает целостность нервов, но если клетка уже травмирована, тот же процесс запускает режим выживания.
Старший автор работы Моника Дус поясняет: «Мы обнаружили, что снижение метаболизма сахара нарушает целостность нервов, но если нейроны уже повреждены, оно может активировать защитную программу. Вместо того чтобы разрушаться, аксоны держатся дольше». Это открытие заставляет иначе взглянуть на процессы, происходящие в мозге при болезни Альцгеймера, где изменения в усвоении глюкозы могут быть не просто побочным эффектом, а важным фактором борьбы клетки за жизнь.
Двойственная роль белков-датчиков
Разрыв аксона.
Главную роль в управлении процессом распада играют два белка: DLK и SARM1. Первый выступает в роли своеобразного сенсора повреждений, который реагирует на метаболические сбои. Второй же традиционно считался главным «палачом» аксонов. Выяснилось, что при определенных условиях эти молекулы могут работать на спасение клетки. Когда аксон цел, активность DLK сдерживает разрушительную силу SARM1, создавая временный защитный барьер. Это позволяет нервным волокнам сохранять структуру гораздо дольше, чем считалось ранее.
Но такая защита не может длиться вечно. Если белок DLK остается активным слишком долго, его роль меняется на противоположную: он начинает ускорять дегенерацию. Ученые подчеркивают, что понимание этого механизма дает новую перспективу в лечении травм мозга.
Цель состоит в усилении тех естественных защитных систем, которые организм уже пытается задействовать. По словам авторов работы, секрет кроется в умении управлять этими молекулярными переключателями, не позволяя защитной реакции превратиться в разрушительную.