Аутофагия — процесс, при котором клетки утилизируют поврежденные компоненты, давно ассоциируется с нейропротекцией. Однако точные механизмы, с помощью которых аутофагия поддерживает здоровье мозга, оставались неизвестными.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Metabolism, показано, как аутофагия помогает клеткам Пуркинье мозжечка выживать, регулируя обмен глюкозы и поддерживая нормальную работу гликолиза.
Аутофагия — это процесс, с помощью которого клетки очищаются от старых или поврежденных компонентов. В клетках головного мозга, как и в других клетках организма, аутофагия играет важнейшую роль в поддержании их здоровья и нормальной функции. Этот процесс позволяет клеткам удалять ненужные или вредные вещества, такие как белки, которые могут быть повреждены или неправильно свернуты. Кроме того, аутофагия участвует в регенерации нейронов. Когда нейрон сталкивается с повреждением или стрессом, он может использовать аутофагию для восстановления поврежденных структур или для удаления элементов, которые могут мешать нормальному функционированию. Однако с возрастом эффективность аутофагии может снижаться, что делает мозг более уязвимым к различным заболеваниям и нарушениям.
Группа ученых, возглавляемая профессором Натальей Кононенко из Центра исследований старения CECAD, в сотрудничестве с университетами Кельна, Лозанны и Исследовательским центром Юлиха, обнаружила, что аутофагия, действуя через ключевой компонент ATG5, помогает нейронам выживать, регулируя метаболизм глюкозы в мозге.
Особое внимание в работе было уделено клеткам Пуркинье — нейронам, которые играют важную роль в моторной координации. В ходе экспериментов ученые показали, что ATG5 не только участвует в процессе очистки клеток от старых компонентов, но и предотвращает избыточное накопление транспортеров глюкозы (GLUT2) на поверхности клеток. Это особенно важно в период развития мозга, так как избыток GLUT2 может приводить к нарушениям метаболизма и вызывать клеточные дисфункции.
Этот механизм был изучен с использованием передовых технологий, таких как ПЭТ-сканирование, многомерный анализ и 3D-кинематика. У мышей, у которых был удален ген ATG5, наблюдалось накопление GLUT2, что приводило к повышенному поглощению глюкозы и нарушению нормальной работы гликолиза — процесса, при котором клетки превращают глюкозу в энергию. Это, в свою очередь, вызывало образование токсичных метаболических продуктов, приводящих к гибели клеток Пуркинье и нарушению моторики.
Доктор Джанин Тутас, ведущий автор исследования, пояснила: «Наши данные показывают, что аутофагия — это не просто процесс очистки от поврежденных митохондрий или белковых агрегатов. В клетках Пуркинье ATG5 активно регулирует метаболические пути, предотвращая гибель клеток».
Понимание этих механизмов открывает новые горизонты для лечения заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера, где часто встречаются нарушения как метаболизма, так и аутофагии. Несмотря на то что исследование проводилось на мышах, ученые предполагают, что схожие механизмы могут действовать и в человеческом мозге. В дальнейшем планируется изучение того, как аутофагия регулирует метаболизм в моделях нейродегенеративных заболеваний как у мышей, так и у людей.
Это открытие подчеркивает важность аутофагии не только в качестве механизма очищения клеток от поврежденных компонентов, но и как ключевого элемента в поддержании метаболической стабильности нейронов.
Текст: Виктория Киричок