Ученые из Института рака Дана-Фарбер сообщают, что они обнаружили, как мозг включает систему, предназначенную для защиты нервных клеток от токсичных веществ "свободные радикалы," отходы клеточного метаболизма, который был связан с некоторыми дегенеративными заболеваниями головного мозга, сердечными приступами, инсультами, раком и старением.
Исследователи говорят, что потенциально можно использовать лекарства для усиления антиоксидантной системы в мозге в качестве лечения неизлечимых в настоящее время заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, Хантингтона и Альцгеймера, а также, возможно, других болезней.
Брюс Шпигельман из Dana-Farber, доктор философии, и его коллеги, используя модель на мышах, обнаружили, что регуляторный белок PGC-1a включает антиоксидантную систему, когда свободные радикалы или активные формы кислорода начинают накапливаться. Считается, что некоторые заболевания головного мозга связаны с нарушением защитной системы, и авторы сообщают, что включение PGC-1a на высоких уровнях в культивируемых клетках защищает их от нервных токсинов. О результатах будет сообщено в октябре. 20 номер журнала Cell.
"Это может иметь широкие последствия для многих заболеваний, в которые вовлечены активные формы кислорода," сказал Шпигельман. Антиоксидантные добавки с некоторым успехом применялись у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, но Шпигельман отметил, что процесс, вызванный PGC-1a "как это делает природа."
В настоящее время исследователи проводят скрининг лекарств в поисках соединений, которые могут стимулировать экспрессию PGC-1a в клетках мозга, а также изучают, могут ли возникнуть какие-либо вредные побочные эффекты. PGC-1a – коактиватор транскрипции, обнаруженный в лаборатории Шпигельмана Дана-Фарбер в 1998 году. Впоследствии было обнаружено, что он играет главную регулирующую роль в метаболических процессах и функции мышц, а также является виновником диабета.
В отчете впервые установлено, что PGC-1a одновременно заставляет митохондрии производить энергию и запускает очистку от токсичных свободных радикалов, которые накапливаются в клетке в качестве побочных продуктов. По мере накопления избытка свободных радикалов из-за их токсичности клетка "окислительный стресс," который побуждает клетку производить больше PGC-1a, что, в свою очередь, стимулирует к действию антиоксидантную защиту.
"С помощью этого механизма организм может ускорить формирование митохондрий и в то же время подавить создание активных форм кислорода, которые, как известно, наносят огромный вред клетке," объясняет Шпигельман, который также является профессором клеточной биологии в Гарвардской медицинской школе. В этом отношении камеру можно сравнить с самоочищающейся печью, но с возрастом и при некоторых заболеваниях она становится менее эффективной.
Таким образом, новое открытие специфического регулятора собственной антиоксидантной системы организма может привести к более эффективному лечению ряда заболеваний и даже может замедлить некоторые эффекты старения, говорят исследователи.
В предыдущих экспериментах Шпигельман и другие вывели мышей, у которых отсутствовал ген PCG-1a. Как и следовало ожидать, отсутствие PCG-1a вызывало у мышей отклонения в их метаболизме – у них была меньшая способность к упражнениям и они были чрезвычайно чувствительны к холоду. Но ученые не предсказывали, что у мышей были нейродегенеративные поражения в мозгу и они вели себя ненормально: это было ключом к тому, что без PGC-1a клетки ‘ "самоочищение" механизм не был активирован должным образом, что сделало мышей более уязвимыми к повреждению мозга от изменчивых свободных радикалов.
В текущем исследовании Шпигельман и его коллеги подвергли нормальных мышей и грызунов, лишенных PGC-1a, нервному токсину, который ускоряет производство свободных радикалов. Мыши без PGC-1a страдали больше повреждений мозга, потому что они не могли включить свою антиоксидантную защиту.
Наконец, чтобы исследовать, защищает ли увеличение активности PGC-1a в мозгу от окислительного стресса, ученые заставили клетки мозга мышей и клетки мозга человека в лаборатории производить в 40 раз больше PCG-1a, чем обычно. Они подвергли клетки воздействию увеличивающегося количества параквата или перекиси водорода, химических веществ, вызывающих окислительный стресс и повреждение клеток. Результат: намного больше клеток мозга выжило в результате нападения, чем клеток без дополнительной активности PGC-1a для усиления их защиты.
Поскольку теперь было показано, что PGC-1a увеличивает производство энергии в митохондриях и подавляет образующиеся свободные радикалы, "это почти идеальный белок для контроля или ограничения повреждений, наблюдаемых при нейродегенеративных заболеваниях, которые связаны с нарушением функции митохондрий," авторы написали. В результате обнаружение лекарств, которые увеличивают PGC-1a в головном мозге "может представлять собой новый метод лечения ряда заболеваний, которые являются общими и в настоящее время имеют только маргинальную терапию."
Источник: Институт рака Дана-Фарбер