Ученые, изучающие энергетический метаболизм нейронов, обнаружили доказательства того, что потеря важного регулятора энергии, называемого AMPK, в нервных стволовых клетках или глиальных клетках, называемых астроцитами, вызывает гибель нейронов у лабораторных грызунов. Они также обнаружили, что потеря AMPK в нервных стволовых клетках или нейронах вызывает спонтанные судороги головного мозга у животных.
Публикуя свои результаты в Cell Reports, мультиинституциональная исследовательская группа под руководством биолога-онколога из Цинциннати Биплаб Дасгупта, доктора философии.D.- упомянутое удаление AMPK из клеток головного мозга астроцитов привело к серьезному нарушению метаболизма глюкозы и лактата в нейронах. Ключ к разгадке пришел из первых в истории исследований магнитно-резонансной спектроскопии у мышей с делецией AMPK, специфичных для мозга, проведенных в Университете Миннесоты (UM).
В совместном исследовании участвовали Рагху Рао, доктор медицины, и Иван Ткач, доктор медицинских наук.D., в UM, выяснили, что у мышей с удаленным AMPK уровень лактата примерно на 40 процентов ниже, ключевой результат, который был подтвержден на культивированных астроцитах.
Выводы о том, что нейроны с удаленным AMPK демонстрируют спонтанные судороги и уязвимы для агентов, вызывающих приступы в низких дозах, были получены из неврологической лаборатории Кристины Гросс, доктора философии.D., из Cincinnati Children’s, и, по-видимому, предполагают, что популярный противодиабетический препарат метформин (который также активирует AMPK) может смягчать эпилептические припадки. По словам Дасгупты, главного исследователя Института рака и болезней крови, метформин в настоящее время проходит доклинические испытания на лабораторных грызунах.
"Очень мало известно о том, как астроциты регулируют гликолиз для выработки лактата и доставки его в нейроны для поддержки их метаболизма и правильного функционирования," Дасгупта сказал. "Мы впервые показываем, что киназа AMP (AMPK) является основным механизмом, контролирующим астроцитарный гликолиз и производство лактата в головном мозге. И мы показываем, что вмешательство в этот процесс мало вредит астроцитам, но повреждает нейроны."Метаболизм нейронов имеет решающее значение для каждого аспекта нашей жизни и функционирования. Вопрос о том, необходимы ли глиальные клетки, такие как астроциты, для правильного метаболизма и выживания нейронов, обсуждается в научной области на протяжении десятилетий.
Исследователи в текущем исследовании намеревались добиться прогресса в урегулировании этих дебатов, и они использовали длинный список экспериментальных процедур, чтобы придумать новые ответы. Важно отметить, что результаты, полученные в мозге мышей из лаборатории Дасгупта, были воспроизведены в мозге плодовой мушки Drosophila, где использовались шесть различных моделей делеции AMPK.
Соавтор исследования д-р. Стефани Ширмайер из Мюнстерского университета в Германии обнаружила, что делеция AMPK в глии мух вызывает гибель нейронов и сокращает продолжительность жизни мутантных мух. По мнению исследователей, этот и другие результаты, в том числе сохранение этих функций в астроцитах человека, делают возможным, что метаболизм лактата, контролируемый AMPK, обеспечивает жизнедеятельность нейронов у людей.