Новое исследование Йельского университета показало, что нейроны — энергозатратные клетки, которые соединяют и направляют активность мозга, — оснащены «резервными батареями», которые включаются, чтобы поддерживать работу мозга в периоды метаболического стресса.
В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи описывают, как нейроны накапливают собственный гликоген — форму сахара, которая помогает нейронам сохранять устойчивость, когда их основные источники энергии истощаются.
По словам исследователей, полученные результаты показывают, как нейронные клетки могут адаптировать свой метаболизм, и могут стать основой для новых методов лечения таких неврологических заболеваний, как инсульт, нейродегенерация и эпилепсия, при которых наблюдается энергетический дефицит.
«Традиционно считалось, что глиальные клетки служат своего рода "энергетическими складами", накапливая гликоген и снабжая нейроны топливом по мере необходимости», — сказал соавтор исследования Милинд Сингх, аспирант в области клеточной биологии Йельской школы медицины (YSM).
Но теперь мы знаем, что нейроны сами накапливают гликоген и могут расщеплять его, когда возникает необходимость. Это всё равно что обнаружить, что ваш автомобиль — гибрид: он не только заправляется на бензоколонках, но и всё это время ездит на запасном аккумуляторе.
Милинд Сингх, аспирант Йельской школы медицины
Для исследования команда учёных использовала микроскопического круглого червя Caenorhabditis elegans (C. elegans) — вид червей, который часто используется в исследованиях, — и генетически закодированный флуоресцентный биосенсор под названием HYlight, который светится в ответ на изменения в гликолизе (процессе, в ходе которого клетки расщепляют сахар для получения энергии).
С помощью специально разработанных устройств исследователи точно контролировали уровень кислорода, который получали живые черви, и наблюдали за тем, как нейроны реагировали на энергетический стресс в режиме реального времени.
Прорыв произошёл, когда исследователи обнаружили фермент PYGL-1 — аналог человеческой гликогенфосфорилазы, который преобразует гликоген в топливо для нейронов. Когда исследователи удалили PYGL-1, нейроны червя больше не могли вырабатывать энергию в условиях недостатка кислорода. Когда фермент был специально восстановлен в нейронах, проблема была решена.
«Мы обнаружили, что нейроны используют две разные стратегии для адаптации к энергетическому стрессу: одна из них зависит от гликогена, а другая — нет», — объяснил соавтор исследования Аарон Вулф, научный сотрудник в области нейробиологии. «Гликоген-зависимый путь особенно важен, когда митохондрии — один из основных источников энергии в клетке — работают плохо. В таких ситуациях гликоген служит резервной системой для получения энергии посредством гликолиза».
Для описания этого явления команда учёных ввела термин «гликоген-зависимая гликолитическая пластичность» (ГЗГП). Они обнаружили, что ГЗГП особенно важна, когда функция митохондрий нарушена, например при гипоксии — состоянии, при котором поступление кислорода ограничено. В таких условиях гликоген служит недорогим и быстродоступным источником энергии, помогая нейронам оставаться активными, когда другие системы могут дать сбой. Эта метаболическая адаптивность, известная как «гликолитическая пластичность», помогает нейронам сохранять основные функции в условиях стресса.
«Наша работа опровергает общепринятую модель того, как мозг подпитывает сам себя. Нейроны более самодостаточны, чем мы думали», — сказал Сингх.
Соавтор исследования Даниэль Колон-Рамос, профессор нейробиологии и клеточной биологии имени Дорис Макконнелл Дюберг в Медицинском центре Йельского университета, сказал, что исследование подтверждает гипотезу о том, что гликоген является «энергетическим конденсатором» в нейронах.
«Как и в случае с мышцами, этот запас может компенсировать резкие изменения в потреблении энергии, — говорит Колон-Рамос. — Такая гибкость может иметь решающее значение для поддержания функций мозга и его реакции на стресс. Это исследование меняет наше представление об энергетическом метаболизме мозга и открывает новые возможности для изучения способов защиты и поддержки функций нейронов при заболеваниях».
Среди других авторов из Йельского университета — Сара Эмерсон, научный сотрудник в области нейробиологии; Иэн Дж. Гонсалес, аспирант в области клеточной биологии; Анджали А. Вишванат и Анастасия Цивес, научные сотрудники в области нейробиологии; а также Ричард Гудман, научный сотрудник в области нейробиологии.
Источник:
Йельский университет
Ссылка на журнал:
Сингх М., и др. (2025) Гликоген поддерживает гликолитическую пластичность нейронов. Труды Национальной академии наук. doi.org.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся