Дисбаланс кальция в клетках мозга может вызвать болезнь Альцгеймера.

Дисбаланс кальция в клетках мозга может вызвать болезнь Альцгеймера.

Митохондрии — иногда их называют «локомотивом клетки» — это небольшие структуры, которые преобразуют энергию из пищи в «топливо» клетки.

В митохондриях клетки мозга ионы кальция контролируют, сколько энергии вырабатывается для функционирования мозга. Предыдущие исследования показали, что избыточное производство кальция может привести к смерти нейронов и, следовательно, к нарушению баланса кальция с нейродегенеративным процессом, связанным с болезнью Альцгеймера.

До сих пор, однако, точный механизм, который связывает связанные с Альцгеймером нейродегенерации и митохондриального дисбаланса кальция было неизвестно. Новое исследование, проводимое Пуджей Джадия, аспирантом Храмового университета в Филадельфии (штат Пенсильвания), проливает свет на эту ассоциацию.

Исследование было проведено исследователями Центра трансляционной медицины при Университете Храма, и его результаты были представлены на 61-й встрече Биофизического общества в Новом Орлеане, Лос-Анджелес.

Анализ содержания кальция в мозге человека, мышиных моделях и клеточных культурах.

Джадия и ее коллеги изучали образцы мозга пациентов Альцгеймера, генетически модифицированную модель мыши для воспроизведения симптомов Альцгеймера и пораженную мутантом линию клеток Альцгеймера.

Они изучили митохондриальные изменения в переработке кальция вместе с образованием активных видов кислорода (ROS), метаболизмом активного белка-прекурсора амилоидов, мембранным потенциалом и гибелью клеток. Они также обратили внимание на активизацию митохондриальной проницаемости переходных пор и окислительного фосфорилирования.

В здоровом мозгу ионы кальция оставляют митохондрии нейронов, чтобы предотвратить их чрезмерное накопление. Транспортерный белок — так называемый митохондриальный натрий-кальциевый обменник — позволяет осуществлять этот процесс.

В тканях, пораженных Альцгеймером, Джадия и команда обнаружили, что уровень натрий-кальциевых обменников был чрезвычайно низким. На самом деле, белок был настолько низким, что его было трудно обнаружить.

Исследователи предположили, что это приведет к перепроизводству РОС, что, в свою очередь, будет способствовать нейродегенерации.

ROS — это молекулы, которые в высокой степени повреждают белки, липиды и ДНК, вызывая тем самым окислительный стресс.

Ключ обмена протеина натрия и кальция в прогрессии Альцгеймера.

Команда обнаружила корреляцию между снижением активности натрий-кальциевого обмена и повышенной гибелью нейронов.

Кроме того, в мышиной модели ученые обнаружили, что непосредственно перед началом болезни Альцгеймера ген, кодирующий обменник, был значительно менее активен. Снижение экспрессии этого гена также указывает на то, что белковый обменник играет ключевую роль в прогрессировании заболевания.

Наконец, ученые также протестировали этот механизм в модели клеточной культуры, пораженной Альцгеймером, искусственно повысив уровень обмена веществ.

Как и предполагалось, пораженные клетки восстанавливались до такой степени, что они были почти идентичны здоровым клеткам. Кроме того, повысился уровень аденозинтрифосфата (АТФ), снизился уровень РОС, и умерло меньше нейронов.

АТФ — это молекула, которую некоторые биологи считают «энергетической валютой жизни», как того требует каждая деятельность нашего организма.

Джон Элрод, соавтор исследования, объясняет значимость полученных результатов:

» Никто никогда не смотрел на это прежде, чем использовать эти модели систем. Возможно, изменения в обмене митохондриального кальция стимулируют процесс заболевания.»

Исследование может также открыть путь к новым вариантам лечения, объясняет Элрод. В настоящее время команда работает над тем, чтобы обратить вспять нейродегенерацию, типичную для болезни Альцгеймера в мышиных моделях, стимулируя экспрессию гена, кодирующего натрий-кальциевый обменник. Этого можно достичь с помощью новых лекарств или генной терапии.

«Мы надеемся, что если мы сможем изменить уровень экспрессии или активность этой биржи, то, возможно, на ранних стадиях можно будет использовать жизнеспособную терапию, чтобы воспрепятствовать развитию болезни Альцгеймера, — говорит Элрод, — то есть на дому. «Мы даже близко не подошли к этому, но это была бы идея.»