В отличие от большинства клеток человеческого организма, нейроны — функциональные клетки нашей нервной системы — обычно не могут заменить себя здоровыми копиями после повреждения.

Напротив, после травмы, например, инсульта, сотрясения мозга или нейродегенеративного заболевания, нейроны и их аксоны (волокнистые отростки, передающие электрические сигналы ) с гораздо большей вероятностью деградируют, чем восстанавливаются.

Однако новое исследование Мичиганского университета открывает новые способы понимания нейродегенерации, которые могут помочь защитить пациентов от этой деградации и неврологического упадка в будущем.

По словам исследователей , исследование, опубликованное в журнале Molecular Metabolism , может даже приблизить нас к пониманию редких случаев, когда мозг действительно восстанавливается, и открыть новые пути к разработке методов лечения.

Их выводы, полученные на хорошо известной модели плодовой мушки, предполагают, что устойчивость нейронов к деградации связана с фундаментальным процессом переработки этими клетками сахара. Работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом США, Фондом Риты Аллен и стипендией Клингенштейна в области нейронаук.

«Обмен веществ часто изменяется при травмах головного мозга и таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, но мы не знаем, является ли это причиной или следствием заболевания», — говорит старший автор Моника Дус, доцент кафедры молекулярной, клеточной и онтогенетической биологии Мичиганского университета.

Мы обнаружили, что снижение метаболизма сахара нарушает целостность нейронов, но если нейроны уже повреждены, то же самое воздействие может превентивно активировать защитную программу. Вместо того чтобы разрушаться, аксоны сохраняют свою целостность дольше.

Постдокторант Т. Дж. Уоллер, ведущий учёный в исследовании, обнаружил, что два конкретных белка, по-видимому, участвуют в поддержании здоровья аксонов. Один из них, двойная лейциновая молния-киназа (DLK), распознаёт повреждение нейронов и активируется при нарушении метаболизма.

Другой белок известен как SARM1 (сокращение от Sterile Alpha and TIR Motif-continental 1), который участвует в дегенерации аксонов и связан с реакцией DLK.

«Нас удивило то, что нейропротекторный ответ меняется в зависимости от внутренних условий клетки», — сказал Дус. «Метаболические сигналы определяют, сохранят ли нейроны целостность или начнут разрушаться».

Как правило, в случаях, когда нейроны и аксоны не деградируют, DLK становится более активным, а движение SARM1 подавляется. Однако морщины всё же появляются. Более того, исследование показало, что длительная активация DLK со временем приводит к прогрессирующей нейродегенерации, фактически обращая вспять ранее достигнутые нейропротекторные эффекты.

В частности, DLK стал объектом исследования и лечения нейродегенеративных заболеваний. Однако, по словам Уоллера, исследователям придётся столкнуться с техническими трудностями , чтобы контролировать двойную вредоносную и полезную функцию DLK.

«Если мы хотим замедлить прогрессирование болезни, мы должны подавить её негативный аспект, — сказал Уоллер. — Мы хотим убедиться, что мы ни в коем случае не подавляем более позитивный аспект, который может помочь естественным образом замедлить развитие болезни».

Объяснение двойной функциональности молекулы, подобной DLK, представляет собой сложную загадку, которую ещё предстоит решить исследователям. Раскрытие механизмов, лежащих в основе переключения модуляторов, подобных DLK, между этими защитными и вредоносными состояниями, может иметь огромное значение для лечения нейродегенеративных заболеваний и травм головного мозга, напрямую влияя на клиническую практику.

Дус и Уоллер заявили, что понимание этого механизма «дает новый взгляд на травмы и заболевания, который выходит за рамки простого блокирования повреждений и позволяет сосредоточиться на том, что система уже делает для их усиления».