Ученые составили «карту жирности» человеческого мозга

Рисунок 1. Распределение холестерина в головном мозге человека. Источник: Мария Осетрова.

Ученые выяснили, что 93% липидов, присутствующих в нервной ткани, неодинаково распределены в белом и сером веществе мозга, а также в его разных отделах: подкорковых структурах, зрительной, моторной и префронтальной коре — зоне, отвечающей за принятие решений, социальное поведение и другие функции. Поскольку нарушения в липидоме — совокупности липидов — головного мозга возникают при психических и когнитивных расстройствах, карта этих молекул поможет выявлять такие заболевания. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nature Communications.

Липиды — соединения, к которым относятся всем известные жиры, — важнейший компонент ткани головного мозга. Эти молекулы составляют 35–40% от всех веществ, присутствующих в телах нервных клеток, которые входят в состав серого вещества, и целых 78% миелиновой оболочки, окружающей отростки нервных клеток в белом веществе. Липиды нервной ткани разнообразны: среди них есть фосфорсодержащие соединения (фосфолипиды и сфинголипиды), холестерин и другие молекулы. Они участвуют в обмене веществ и развитии нервных клеток, передаче сигналов между ними, а также контроле воспалительных процессов. Поэтому нарушения в составе липидов (липидоме) головного мозга связаны с когнитивными расстройствами, такими как аутизм, шизофрения, болезнь Альцгеймера. Однако до сих пор связь между липидомом и структурными особенностями нервной ткани была недостаточно исследована, что ограничивало использование липидов в качестве молекулярных маркеров для выявления заболеваний головного мозга.

Ученые из Сколковского института науки и технологий (Москва) с коллегами впервые в мире построили карту липидов человеческого мозга. Авторы исследовали образцы ткани головного мозга четырех здоровых людей, оценив состав липидов в 75 различных областях этого органа. Исследователи выявляли липиды в образцах с помощью масс-спектрометрии — подхода, который позволяет определить строение молекулы по тому, как ее заряд соотносится с массой и как она движется в магнитном поле. 

Всего авторы обнаружили 419 различных липидов, при этом большинство из них (93%) были неодинаково распределены между разными частями человеческого мозга. Так, например, в подкорковом веществе — наиболее древней части головного мозга, — моторной (отвечающей за движения) и зрительной коре наблюдались высокие уровни холестерина, тогда как в префронтальной коре — зоне, обеспечивающей сложное социальное поведение и принятие решений, — количество этого вещества было ниже.

Поскольку больше всего липидов содержится в миелиновых оболочках отростков нейронов, авторы проверили, влияет ли то, насколько богата миелином та или иная часть мозга, на характерный для нее липидом. Оказалось, что в белом веществе, богатом миелином, преимущественно встречаются церамиды, два класса фосфолипидов, а также липиды, содержащие насыщенные жирные кислоты. Поскольку основная функция белого вещества — передача сигналов по отросткам нервных клеток, можно предположить, что перечисленные типы липидов важны для выполнения тканью этой функции.

В сером веществе, где сконцентрированы не отростки, а тела нервных клеток, и миелина практически нет, в основном присутствовали липиды полиненасыщенных жирных кислот. Это говорит о том, что такие молекулы могут быть важны для обработки сигналов в клетках. 

«В дальнейшем мы планируем детальнее исследовать липидом подкорковых структур мозга, которые лишь частично вошли в нашу работу, а также включить в исследование образцы мозга пациентов с различными психическими заболеваниями. Потенциально полная "расшифровка" липидома поможет понять природу психических расстройств и их влияние на устройство и работу мозга», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Осетрова, стажер-исследователь Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколтеха.

В исследовании также принимали участие сотрудники Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва), Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семенова РАН (Москва), Лейпцигского университета (Германия) и Национального университета Сингапура (Сингапур).

Материал предоставлен пресс-службой Российского научного фонда