Ограничение энергии в нейронах усугубляет эпилепсию
Эпилепсия, одно из самых распространенных неврологических заболеваний, характеризуется спонтанным повторением припадков, вызванных гиперактивностью группы нейронов в головном мозге. Таким образом, можно ли снизить гиперактивность нейронов и лечить эпилепсию, уменьшая количество энергии, поступающей к нейронам и необходимой для их нормального функционирования?
Это было проверено группой под руководством ученых из Женевского университета (UNIGE) и EPFL. Исследователи обнаружили, что у мышей приступы фактически усиливались. Они заметили, что снижение количества энергии приводило к повышению уровня кальция в нейронах, делая их возбудимыми. Эти дисфункции можно было устранить, если кормить мышей кетогенной диетой, которая богата липидами и используется с древности. Эта работа опубликована в журнале eLife.
Наш мозг, составляющий всего 2% от массы тела, потребляет более 20% сахара, который мы получаем с пищей. Эта значительная потребность в сахаре обеспечивает энергию, необходимую для функционирования миллиардов нейронов, ответственных за передачу и распространение сообщений нервной системы посредством электрических сигналов. Преобразование сахара, а точнее глюкозы, в энергию осуществляется митохондриями, небольшими внутриклеточными органеллами, которые считаются "энергетическими фабриками" клетки.
Лаборатория Жана-Клода Мартину, профессора кафедры молекулярной и клеточной биологии факультета естественных наук, интересуется тем, как работают митохондрии. Его группа уже открыла универсальный переносчик, который позволяет пирувату, продукту катаболизма глюкозы, попадать в митохондрии. Сейчас он изучает роль митохондриального переносчика пирувата (MPC) в деятельности нейронов и выясняет, может ли дефект переноса пирувата в митохондрии быть связан с некоторыми неврологическими заболеваниями, в частности с эпилепсией.
Эпилептические припадки являются проявлением гиперактивности головного мозга, возникающей в результате перевозбуждения нейронов, часто в коре головного мозга.
"Нам показалось интересным проверить, может ли подавление митохондриального переносчика пирувата и, следовательно, снижение количества энергии, поставляемой митохондриями, уменьшить возбудимость нейронов, возникающую во время эпилептических припадков", - объясняет Жан-Клод Мартину, последний автор исследования.
Биологи вводили проэпилептический препарат, способный вызывать эпилептические припадки, нормальным мышам и мышам, в нейронах коры которых отсутствовал MPC. У нормальных мышей введение малой дозы препарата не вызывало припадков. С другой стороны, вопреки первоначальной гипотезе, у мышей, лишенных МПК, при введении малых доз проэпилептического препарата возникали очень тяжелые, даже смертельные припадки.
При дальнейшем анализе происходящего в нейронах биологи обнаружили, что в нейронах без MPC был аномально высокий уровень кальция - важнейшего элемента для правильной передачи нервных сообщений.
"Пируват, импортируемый в митохондрии, не только играет роль топлива для клетки, но и позволяет митохондриям связывать кальций. Оказывается, именно эта вторая функция участвует в возникновении эпилептических припадков. Поскольку кальций больше не задерживается митохондриями, он остается свободным в нейронах, и его концентрация увеличивается, что делает нейроны возбудимыми", - объясняет Кармен Санди, профессор EPFL и соавтор исследования.
С древних времен пациенты, страдающие эпилепсией, обнаружили, что кетогенная диета, богатая жирами и содержащая мало углеводов, позволяет им избежать припадков. Кетоновые тела, образующиеся во время кетогенной диеты или голодания, вырабатываются при расщеплении липидов в печени. Они поступают в мозг, для которого они являются важным источником энергии, особенно во время голодания. Они могут проникать в митохондрии без участия переносчиков и используются для получения энергии.
