Выявлена молекула, нарушающая структуру в нейронах головного мозга и вызывающая неврологические осложнения
Ученые из Университета штата Райт идентифицировали молекулу, которая нарушает высокоспециализированную структуру в нейронах головного мозга, что может расширить понимание неврологических осложнений при заболеваниях.
Исследование, проведенное под руководством постдокторанта Райана Григгса, доктора философии, и аспиранта кафедры физиологии и нейронаук Дука Нгуена на факультете нейронаук, клеточной биологии и физиологии, было опубликовано в eNeuro, рецензируемом научном журнале, выпускаемом Обществом нейронауки.
"Эти результаты могут существенно повлиять на понимание неврологических осложнений при ряде заболеваний и имеют широкое патофизиологическое значение", - пишут исследователи.
Исследовательский проект начался в 2016 году, когда Нгуен и студентка-бакалавр Дженейн Джабер были добавлены к растущей исследовательской группе под руководством Кейичиро Сусуки, доктора медицины, доктора философии, доцента кафедры неврологии, клеточной биологии и физиологии. По словам Григгса, команда увлечена изучением связи между структурой и функцией нейронов и тем, как эта связь изменяется при заболеваниях нервной системы.
"Мы считаем, что неврологические заболевания могут быть вызваны небольшими изменениями в нейронах мозга, которые изменяют их нормальную функцию", - сказал он.
Научная работа сосредоточена на сетях нейронных клеток и их связях. По словам Григгса, для разработки новых методов лечения неврологических заболеваний, а не просто лечения симптомов, необходимо понять механизмы, которые инициируют и поддерживают функции и дисфункции нервной системы на уровне сетей.
Предыдущие исследования показали, что небольшие изменения в начальном сегменте аксона нейрона, высокоспециализированной молекулярной структуре, которая регулирует электрическую связь между нейронами, присутствуют в мышиных моделях болезни Альцгеймера, рассеянного склероза или хронической невропатической боли.
Недавно исследователи обнаружили аналогичные изменения в начальном сегменте аксона в мозге мышей с диабетом 2 типа. Эти результаты были опубликованы в 2018 и 2019 годах Леонидом Ермаковым, доктором философии, когда он был студентом в лаборатории Сусуки. Ученые полагали, что фактором, который может быть задействован, является молекула под названием метилглиоксаль, которая производится в клетках организма, когда они расщепляют глюкозу. Исследования показывают, что метилглиоксаль повышен у пациентов с диабетом.
"Наше исследование - одно из первых, в котором четко определен фактор заболевания - метилглиоксаль, который инициирует нарушение критической, высокоспециализированной структуры в нейронах - начального сегмента аксона", - сказал Григгс.
Ученые добавили метилглиоксаль в культуры нейронов и обнаружили, что длина начального сегмента аксона уменьшилась, что является тонким, но потенциально значимым структурным изменением. Важно, по их словам, что количество метилглиоксаля, которое они добавили, вероятно, представляет собой повышенный уровень метилглиоксаля, который наблюдается у пациентов или мышей с диабетом 2 типа.
Воздействие метилглиоксаля на клетки привело к функциональным изменениям нейронов как на клеточном, так и на сетевом уровне. Исследователи наблюдали снижение активности в сетях нейронов и изменение возбудимости в отдельных нейронах после воздействия метилглиоксаля на культуры в течение трех часов. Однако эти изменения отсутствовали или восстанавливались в течение 24 часов.
"Эти результаты противоречили нашим первоначальным представлениям о том, что структурные изменения в начальном сегменте аксона, такие как укорочение его длины, будут происходить одновременно с дисфункцией нейронов", - сказал Григгс. "Наши будущие исследования направлены на то, чтобы определить, как метилглиоксаль опосредует эти структурные и функциональные изменения, и объяснить очевидное несоответствие во временной взаимосвязи между нарушением структуры и функции нейронов, которое мы наблюдали"
По словам Григгса, самой сложной частью исследования было проведение экспериментов с использованием недавно освоенных методов, таких как культура клеток нейронов и электрофизиологическая запись с использованием нескольких электродов.
"Теперь у нас есть все необходимые ресурсы, чтобы глубже изучить гипотезу о том, что метилглиоксаль является ключевым медиатором нарушения начального сегмента аксона при диабете 2 типа, используя все наши новые методы и инструменты"
