Клетки мозга могут сжигать жир для поддержания активности

Фото из открытых источников

Хотя глюкоза, или сахар, является общеизвестным топливом для мозга, исследователи из Медицинского центра Вейла Корнелла продемонстрировали, что электрическая активность в синапсах — соединениях между нейронами, где происходит коммуникация — может приводить к использованию липидных или жировых капель в качестве источника энергии.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Metabolism, бросает вызов «давней догме о том, что мозг не сжигает жир», сказал соавтор профессор Тимоти А. Райан.

Ведущий автор исследования Мукеш Кумар, научный сотрудник по биохимии в Weill Cornell Medicine, изучающий клеточную биологию жировых капель, предположил, что жир может играть роль источника энергии в мозге, как и в других тканях, требующих больших метаболических затрат, например, в мышцах.

Исследовательская группа была особенно заинтригована геном DDHD2, который кодирует липазу, или фермент, который помогает расщеплять жир. Мутации в DDHD2 связаны с типом наследственной спастической параплегии, неврологического состояния, которое вызывает прогрессирующую скованность и слабость в ногах, в дополнение к когнитивным дефицитам.

Предыдущие исследования других исследователей продемонстрировали, что блокирование этого фермента у мышей вызывает накопление триглицеридов — или жировых капель, которые хранят энергию — по всему мозгу. «Для меня это было доказательством того, что, возможно, причина, по которой мы утверждаем, что мозг не сжигает жир, заключается в том, что мы никогда не видим жировые запасы», — сказал Райан. 

По словам Райана, в текущем исследовании изучалось, используются ли липидные капли, которые накапливаются при отсутствии DDHD2, в качестве топлива мозгом, особенно при отсутствии глюкозы.

Кумар обнаружил, что когда синапс содержит липидную каплю, заполненную триглицеридами у мышей без DDHD2, нейроны могут расщеплять этот жир на жирные кислоты и отправлять его в митохондрии — энергетические фабрики клетки — чтобы они могли производить аденозинтрифосфат (АТФ) — энергию, необходимую клетке для функционирования.

«Процесс использования жира контролируется электрической активностью нейронов, и я был потрясен этим открытием. Если нейрон занят, он управляет этим потреблением. Если он находится в состоянии покоя, процесс не происходит», - говорит Тимоти А. Райан

В другом исследовании ученые вводили мышам небольшую молекулу, чтобы заблокировать фермент карнитин пальмитоилтрансферазу 1 (CPT1), который помогает транспортировать жирные кислоты в митохондрии для производства энергии. Блокировка CPT1 не позволяла мозгу использовать жировые капли, что затем приводило к оцепенению, состоянию, похожему на спячку, при котором температура тела быстро падает, а сердцебиение замедляется. «Эта реакция убедила нас в том, что мозгу постоянно нужно использовать эти липидные капли», — сказал доктор Райан.

Это исследование может поощрить дальнейшее изучение нейродегенеративных состояний и роли липидов в мозге. Колебания глюкозы или низкие уровни глюкозы могут возникать при старении или неврологических заболеваниях, но жирные кислоты, расщепляемые из липидных капель, могут помочь поддерживать энергию мозга, сказал Кумар. «Мы не знаем, куда это исследование зайдет с точки зрения нейродегенеративных состояний, но некоторые данные свидетельствуют о том, что накопление жировых капель в нейронах может происходить при болезни Паркинсона», - пояснил он.

Райан сказал, что исследователям также необходимо лучше понять взаимодействие глюкозы и липидов в мозге. «Узнав больше об этих молекулярных деталях, мы надеемся в конечном итоге раскрыть объяснения нейродегенерации, что даст нам возможность найти способы защиты мозга».