Nowe podejście może uratować komórki mózgowe przed chorobami neurodegeneracyjnymi
Choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera i Huntingtona, mają wspólny mechanizm uszkadzania komórek mózgowych, który może stanowić nowy cel leczenia, zgodnie z wynikami nowych badań na komórkach ludzkich i myszach.
Niedawny Nature Neuroscience Badanie opisuje, w jaki sposób naukowcy odkryli mechanizm i jak prowadzi on do śmierci neuronów lub komórek nerwowych.
„Zidentyfikowaliśmy potencjalny nowy sposób na zmniejszenie śmierci komórek nerwowych w wielu chorobach charakteryzujących się takimi stratami” - mówi starszy autor badań dr Daria Mochly-Rosen, profesor chemii i biologii systemów w Stanford University School of Medicine w Kalifornii.
Mechanizm obejmuje mikroglej i astrocyty, dwa typy komórek, które normalnie pomagają chronić neurony lub komórki nerwowe.
Mikroglej i astrocyty to komórki glejowe, rodzaj komórek, które naukowcy kiedyś uważali za „klej układu nerwowego”.
Jednak już tak nie jest, ponieważ naukowcy coraz częściej odkrywają, że komórki glejowe odgrywają istotną rolę w rozwoju i funkcjonowaniu mózgu.
Wśród wielu zadań, które wypełniają astrocyty, jest określanie liczby i lokalizacji połączeń, które neurony tworzą ze sobą. Te komórki glejowe uwalniają również różne substancje chemiczne, takie jak czynniki wzrostu i substancje niezbędne do metabolizmu.
W międzyczasie mikroglej wypatruje oznak uszkodzenia tkanki i usuwa czynniki, które mogą je wywołać, w tym patogeny chorobowe oraz fragmenty lub szczątki neuronów.
Komórki glejowe i choroby neurodegeneracyjne
Gromadzenie się toksycznych białek w komórkach mózgowych jest obecnie dobrze znaną cechą charakterystyczną chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, Huntingtona i stwardnienie zanikowe boczne (ALS).
Nagromadzenie toksycznych białek uniemożliwia prawidłowe działanie komórek nerwowych i ostatecznie prowadzi do ich śmierci.
W swojej pracy naukowej autorzy opisują również inną, mniej znaną cechę chorób neurodegeneracyjnych. Cechą tą jest aktywacja komórek glejowych „do stanu, który wyzwala zwiększone wydzielanie czynników prozapalnych”.
Ta aktywacja komórek glejowych z kolei prowadzi do szeregu procesów, które również uszkadzają neurony. Naukowcy nazywają ten zbiór mechanizmów „zapaleniem układu nerwowego”.
Badacze przypuszczali, że wyzwalaczem zapalenia nerwów przez komórki glejowe była obecność szczątków neuronów.
Na przykład badania na zwierzętach wykazały, że po uszkodzeniu mózgu mikroglej może aktywować astrocyty do stanu zwanego A1 i powodować dalsze uszkodzenia i śmierć neuronów.
Jednak wyzwalacz tego mechanizmu był niejasny, podobnie jak to, czy istnieją związki, które mogą powstrzymać astrocyty przed wejściem w stan nadpobudliwości A1. Oto pytania, na które starano się odpowiedzieć w nowym badaniu.
Mitochondria i ich nieoczekiwane zachowanie
Badając mikroglej, naukowcy wykazali, że szkodliwe, błędne koło zapalenia może się również rozwinąć, gdy nie ma żadnych fragmentów neuronu do usunięcia. Więc poszli szukać spustu. Znaleźli to w ciekawej formie mitochondrialnego zachowania.
Mitochondria to małe elektrownie wewnątrz komórek, które wytwarzają energię potrzebną komórkom do wytwarzania białek i pełnienia ich różnych funkcji. Typowa komórka może zawierać tysiące mitochondriów.
Zespół odkrył ku ich zaskoczeniu, że te maleńkie komponenty komórkowe wydają się być zdolne do wysyłania sygnałów śmierci między komórkami.
Mitochondria znajdują się w ciągłym dynamicznym stanie, zmieniającym się rozmiar, kształt i położenie w komórkach. Fragmentują i ponownie łączą się w procesie ciągłego rozszczepiania i fuzji, a równowaga między tymi dwoma procesami może określić, jak dobrze mitochondria funkcjonują w komórkach.
Zbyt duża fuzja powoduje, że mitochondria tracą zwinność; za dużo rozszczepienia i stają się zbyt podzielone, aby mogły funkcjonować.
Wydaje się, że toksyczne białka odpowiedzialne za chorobę neurodegeneracyjną mogą pobudzać nadpobudliwość w Drp1, enzymie niezbędnym do utrzymania równowagi rozszczepienia-fuzji w mitochondriach.
We wcześniejszych badaniach Mochly-Rosen i jej zespół odkryli, że leczenie peptydem lub małym białkiem P110 może zmniejszyć rozszczepienie mitochondriów i wynikające z tego uszkodzenia komórek, które wywołuje hiperaktywny Drp1.
Zmniejszone zapalenie i śmierć neuronów
W nowym badaniu naukowcy odkryli, że leczenie myszy przez kilka miesięcy preparatem P110 zmniejszyło aktywność mikrogleju i astrocytów oraz stan zapalny w mózgach zwierząt.
W dalszych eksperymentach z wykorzystaniem hodowanych komórek zespół odkrył, że zarówno mikroglej, jak i astrocyty mogą wyrzucać uszkodzone mitochondria do otoczenia, co może uszkodzić i zabić neurony. Te eksperymenty pokazały również, że P110 może to zablokować.
Ostatnie badania wykazały, że zdrowe komórki mogą również wydalać mitochondria, co nie powoduje szkód. Jednak zapalony mikroglej i astrocyty wydalały uszkodzone mitochondria, które były śmiertelne dla pobliskich neuronów.
Zespół odkrył, że P110 był w stanie zablokować fragmentację mitochondriów wewnątrz mikrogleju i astrocytów na tyle, aby znacznie zmniejszyć śmierć neuronów.
Naukowcy kontynuują teraz swoje badania, aby dowiedzieć się dokładnie, w jaki sposób uszkodzone mitochondria wyrzucone z komórek glejowych powodują śmierć neuronów.
