Ученые из Northwestern Medicine обнаружили, что митохондрии не являются необходимыми для пролиферации специализированных иммунных клеток в центральной нервной системе, но помогают этим клеткам реагировать на демиелинизирующие повреждения, согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Metabolism .

«Мы знаем, что микроглия связана со многими неврологическими заболеваниями , включая снижение познавательных способностей при нормальном старении и болезнь Альцгеймера. Люди думают, что митохондрии связаны со всеми этими заболеваниями. Поэтому мы задались вопросом, играют ли митохондрии и микроглия какую-либо роль, и, к нашему удивлению, в основном никакой — за исключением демиелинизирующих заболеваний», — сказал Навдип Чандел, доктор философии, профессор медицины в отделении пульмонологии и интенсивной терапии, а также биохимии и молекулярной генетики и старший автор исследования.

Микроглия — это иммунные клетки , находящиеся в тканях и поддерживающие правильное развитие и поддержание работы мозга. Известно, что дисфункция микроглии способствует болезни Альцгеймера, что позволяет предположить, что функция микроглии может быть возможной терапевтической целью для лечения заболеваний центральной нервной системы. Микроглия также запускает иммунные реакции, способствующие восстановлению после демиелинизирующего повреждения центральной нервной системы.

Функция микроглии также связана с функцией митохондрий , в частности с митохондриальной дыхательной цепью, белковым комплексом , обнаруженным во внутренней митохондриальной мембране, который, как ранее продемонстрировала лаборатория Чандела , поддерживает другие иммунные реакции. Однако остается неизвестным, необходима ли митохондриальная дыхательная цепь для функции и пролиферации микроглии.

Предыдущая работа лаборатории Чандела, опубликованная в Nature , показала, что раковые клетки не будут размножаться при отсутствии митохондриального комплекса III, одного из пяти белковых комплексов во внутренней мембране митохондрий, которые создают энергию, или АТФ, для клетки. Это показало, что дисфункция митохондрий ухудшает рост рака.

В текущем исследовании исследователи удалили субъединицу митохондриального комплекса III Uqcrfs1 в микроглии взрослых мышей, чтобы определить, необходима ли дыхательная цепь микроглии для выживания и пролиферации микроглии. Удивительно, но они обнаружили, что это не так.

«К нашему удивлению, мы обнаружили, что у взрослых мышей микроглия, не имеющая митохондриального комплекса III, отлично размножается», — сказал Чандел. «Таким образом, это говорит о том, что микроглия совершенно иная, что она довольно мощная в биоэнергетическом плане и может жить за счет гликолиза».

Последующий поведенческий анализ с помощью лабиринта Барнса, теста на пространственное обучение и память, показал, что потеря функции митохондриальной дыхательной цепи недостаточна для того, чтобы вызвать ухудшение пространственного обучения и памяти у взрослых мышей.

«Дисфункция митохондрий не является достаточным основанием для возникновения фенотипа старения, и это, вероятно, один из самых удивительных, но интересных результатов исследования», — сказал Чандел.

Затем исследователи использовали мышиные модели семейной болезни Альцгеймера (5xFAD) для изучения отложения бляшек бета-амилоида. Считается, что бляшки бета-амилоида нарушают нормальную функцию клеток в мозге и способствуют снижению когнитивных способностей при болезни Альцгеймера.

Команда Chandel Lab, к удивлению, обнаружила снижение отложения бляшек бета-амилоида в гиппокампе и усиление взаимодействия между микроглией и бляшками бета-амилоида у мышей с микроглией с дефицитом митохондриального комплекса III. Однако они не увидели никакого ускорения когнитивного снижения у мышей 5xFAD с микроглией с дефицитом митохондриального комплекса III.

«Это свидетельствует о том, что митохондриальная дыхательная цепь в микроглии не требуется для защитных реакций на отложение бляшек бета-амилоида», — сказал Чандел.

Однако они обнаружили, что функция дыхательной цепи микроглиальных митохондрий необходима для восстановления после демиелинизирующего повреждения. Ученые вызвали демиелинизацию у мышей с помощью корма, содержащего купризон, хелатирующий агент меди, который вызывает паттерны демиелинизации с характеристиками, схожими с рассеянным склерозом.

После удаления купризона микроглия стала играть решающую роль в ремиелинизации аксонов в центральной нервной системе и восстановлении нормальной функции нервов.

«Этот процесс серьезно нарушается, если в вашей микроглии отсутствуют функциональные митохондрии », — говорит Джошуа Стулман, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Чандела и ведущий автор исследования.

По словам авторов, полученные данные свидетельствуют о том, что функция дыхательной цепи митохондрий микроглии необходима для различных реакций микроглии в центральной нервной системе взрослого человека.