Уровень глюкозы определяет, когда клетки мозга делятся или образуют миелин

Фото из открытых источников

Исследователи из Центра передовых научных исследований при Высшем центре Городского университета Нью-Йорка (CUNY ASRC) обнаружили удивительную связь между низким уровнем сахара в мозге и развитием миелина — защитного покрытия, которое позволяет нервным клеткам быстро и эффективно обмениваться информацией.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, показывает, что способность стволоподобных клеток к восприятию глюкозы на ранних стадиях развития помогает им определять, должны ли они размножаться и оставаться недифференцированными или созревать до миелинообразующих клеток, тем самым формируя развитие мозга.

Миелин — это мембрана специализированных клеток, называемых олигодендроцитами, которые образуются из клеток-предшественников, называемых клетками-предшественниками олигодендроцитов (OPC). Миелинизация начинается до рождения и продолжается во взрослом возрасте, поддерживая такие важные этапы развития, как сидение, ползание, ходьба и речь.

Ученые долго ломали голову над тем, почему миелин образуется в разное время в разных областях мозга. Команда CUNY ASRC обнаружила, что локальные изменения уровня глюкозы (основного источника энергии в мозге) действуют как сигнал, направляющий поведение в процессе развития.

Используя передовые технологии в Центре визуализации CUNY ASRC MALDI (под руководством профессоров Рината Абзалимова и Е Хе), исследователи картировали уровни глюкозы в развивающемся мозге мышей. Они обнаружили, что уровни глюкозы различаются в зависимости от региона и с течением времени.

В областях с более высоким уровнем глюкозы наблюдалось более активное деление олигодендроцитов-предшественников, тогда как в областях с более низким уровнем глюкозы содержались клетки, начинающие созревать и превращаться в олигодендроциты, продуцирующие миелин.

«Наши результаты показывают, что глюкоза — это не просто топливо для мозга, но и сигнал для деления клеток», — говорит ведущий автор исследования Сами Саума. «Мы обнаружили, что когда уровень глюкозы в определенной области мозга высок, клетки-предшественники используют его для стимуляции пролиферации. По мере изменения уровня глюкозы те же самые клетки переключаются и начинают созревать. Это прекрасно скоординированная метаболическая система, которая помогает формировать развитие мозга».

В основе этого процесса лежит фермент, называемый АТФ-цитрат-лиазой (ACLY). ACLY превращает молекулы, полученные из глюкозы, в ацетил-КоА в ядре клетки, что приводит к химическим изменениям в белках, связанных с ДНК, которые активируют гены, необходимые для пролиферации клеток.

Когда исследователи генетически удалили ген ACLY в клетках-предшественниках олигодендроцитов, эти клетки перестали эффективно размножаться. В результате у мышей наблюдалось временное уменьшение количества миелина из-за сокращения пула клеток-предшественников. Однако, что примечательно, клетки все еще могли созревать до миелинпродуцирующих олигодендроцитов, переключаясь на альтернативные источники метаболизма.

Исследовательская группа обнаружила, что, хотя клетки-предшественники зависят от ацетил-КоА, образующегося из глюкозы, для размножения, зрелые олигодендроциты используют ацетил-КоА, генерируемый вне ядра из других источников энергии, таких как кетоновые тела, для производства миелина.

В самом деле, когда трансгенных мышей, у которых отсутствовал фермент ACLY в ОПС, помещали на кетогенную диету, повышающую уровень кетонов в крови, дефицит миелина у них уменьшался.

«Это исследование показывает, что одна и та же клеточная линия интерпретирует разные метаболические сигналы на разных стадиях развития», — сказала профессор Патриция Казаччиа из CUNY. «Понимая, как глюкоза и альтернативные источники энергии регулируют пролиферацию и образование миелина, мы открываем новые метаболические стратегии, которые можно использовать для защиты миелина в развивающемся мозге и даже для содействия его восстановлению при заболеваниях».

Изученный на мышах период развития соответствует приблизительно 32–40 неделям беременности у человека, что является критическим периодом, когда преждевременные роды могут привести к повреждению белого вещества головного мозга.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что метаболическая поддержка на этом уязвимом этапе может помочь защитить клетки-предшественники, ответственные за формирование миелина.

Последствия могут также распространяться на неврологические расстройства, характеризующиеся потерей миелина у детей и взрослых, включая рассеянный склероз. Воздействуя на метаболические пути, регулирующие пролиферацию клеток-предшественников и созревание олигодендроцитов, исследователи смогут разработать новые методы лечения, направленные на улучшение восстановления миелина.

Поскольку ученые продолжают изучать, как метаболизм влияет на развитие мозга, данное исследование подчеркивает мощное и потенциально поддающееся изменению влияние на то, как мозг формирует свои основные нейронные связи. 

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний