Эти исследования дали ответ о роли дисфункции митохондрий в гибели нейронов и в развитии целого ряда нейродегенеративных заболеваний, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона и хорею Хантингтона
[23]. Несмотря на то что многие заболевания, старение и нейродегенерация имеют общие корни, физиология головного мозга во многом уникальна. За нарушениями его работы скрываются некоторые интересные механизмы и особенности.
Из всех органов человеческого организма головной мозг особенно уязвим в случае атак со стороны свободных радикалов (в результате своей насыщенности кислородом и жирными кислотами). Казалось бы, он должен обладать особенно мощной антиоксидантной защитой. К сожалению, это не так, и этот орган с его тонкими настройками сравнительно беззащитен перед угрозами со стороны свободных радикалов. В результате окислительное повреждение клеток головного мозга постепенно становится все более тяжелым. Это относится к каждому из нас, однако особенно опасно для людей с генетической (или экзогенной) предрасположенностью к нейродегенерации.
Большая часть запаса жирных кислот, которым обладает мозг, находится в клеточных мембранах, в отростках нервных клеток (таких как аксоны и дендриты) и в их митохондриях. С возрастом все больше этих липидов окисляется в насыщенной кислородом среде и под воздействием свободных радикалов, вследствие чего возрастает подверженность мозга дегенеративным болезням. Сохранение митохондрий — это важная стратегия профилактики медленного угасания наших ментальных способностей.
Эксайтотоксичность
В конце 80-х годов прошлого века ученые из Национальных институтов здоровья
[24] предположили, что эксайтотоксичность (отравление нервных клеток, вызванное чрезмерно сильной стимуляцией) развивается в результате понижения энергетического уровня нейронов. Данное предположение было подтверждено результатами соответствующего исследования. Как оказалось, кофермент Q10 (мы помним, что это химическое соединение, входящее в состав БАДов, переносит электроны от комплекса I или комплекса II к комплексу III) защищает от эксайтотоксичности, повышая энергетический уровень нервных клеток.
Функция нейротрансмиттера глутамата (глутаминовой кислоты) заключается в передаче возбуждающих импульсов. Однако при нейродегенерации головной мозг становится чрезмерно чувствительным к глутамату, подсаживаясь на него, словно на наркотик, который становится медленно действующим возбуждающим токсином. Для митохондрий такое наркотическое состояние означает, что они постоянно получают команду производить ненормально большое количество энергии, превышающее действительные потребности нейронов. Столь лихорадочная активность митохондрий приводит к увеличению числа свободных радикалов и, соответственно, к разрушению генераторов энергии нервных клеток. В конечном счете эта цепь событий ведет к дисфункции самих нейронов.
Митохондрии и нервные импульсы (сигналинг)
Клетки головного мозга ведут разговор друг с другом с разной скоростью и интенсивностью. Иногда они говорят громко и четко, а иногда тихо мямлят. Долгое время ученые пытались понять, почему и как происходят эти изменения в общении между нейронами. Согласно исследованию команды Сана, результаты которого были опубликованы летом 2013 года, быстро двигающиеся митохондрии буквально выстреливают вспышками энергии, и именно здесь может находиться ключ к регулированию коммуникации между нейронами.
Сеть нейронов, расположенная по всему телу, контролирует мысли, движения и все органы чувств человека, отправляя и получая тысячи нейротрансмиттеров
[25] через синапсы — пункты коммуникации между клетками. Нейротрансмиттеры вырабатываются в пресинаптических везикулах, тянущихся вдоль аксонов, и проходят через синаптическую щель, после чего их принимают рецепторы других синапсов. Они помогают контролировать силу посылаемых нейронами сигналов, регулируя количество высвобождаемых нейротрансмиттеров, равно как и специфику их высвобождения.
Синтез нейротрансмиттеров, их накопление и высвобождение, а также принятие и удаление этих химических веществ — все это требует энергии. Результаты предыдущих исследований показывают, что митохондрии могут быстро перемещаться вдоль аксонов от везикулы в везикуле. Исследование же Сана показало, что эти митохондрии способны контролировать силу сигналов, исходящих из везикул. Ученые использовали ультрасовременные методы для того, чтобы изучить процессы, происходящие в тот момент, когда митохондрии находятся в движении между высвобождающими нейротрансмиттеры везикулами. Было обнаружено, что последовательно интенсивные сигналы посылаются только тогда, когда митохондрии находятся рядом с источниками этих сигналов. Если же митохондрии удалялись от везикул или вообще отсутствовали рядом с ними, то поток сигналов время от времени ослабевал. Отсюда следует, что присутствие стационарных митохондрий рядом с синапсами повышает стабильность и силу нервных импульсов. Данное направление исследований очень перспективно в плане исследования роли митохондрий в патогенезе нейродегенеративных болезней и любого неврологического заболевания в контексте эффективной и адекватной передачи нервных сигналов (речь идет о депрессии, синдроме дефицита внимания и гиперактивности и т. д.).
Углубляя исследования в данном направлении, ученые осуществляли манипуляции с перемещениями митохондрий. Для этого они изменяли уровень рекомбинантного белка человека синтафилина (syntaphilin (SNPH)), который помогает митохондриям прикрепляться к цитоскелету клетки внутри аксонов. Уменьшение количества синтафилина привело к ускорению движения митохондрий, а фиксация электрических импульсов, исходящих из соответствующих нейронов, свидетельствовала о высокой степени переменчивости исходящих от них сигналов. С другой стороны, повышение уровня синтафилина понижало скорость перемещения митохондрий, в то время как передача сигналов нейронами осуществлялась со стабильной интенсивностью. Предшествующие исследования выявили следующую закономерность: примерно треть митохондрий в аксонах находится в свободном состоянии, тогда как остальные — в стационарном. Межнейронная коммуникация, очевидно, в высокой степени зависит от быстро меняющихся событий, происходящих во множестве синапсов.
Кроме того, исследователи обнаружили, что блокировка синтеза АТФ в митохондриях приводит к уменьшению интенсивности нейронных сигналов, даже если митохондрии находятся рядом с высвобождающими нейротрансмиттеры везикулами. Исследование, проведенное группой Сана в 2013 году, добавляет в пазл ключевую деталь и позволяет нам с уверенностью связывать нарушения энергетической функции митохондрий и их перемещения в нейронах с нейродегенеративными заболеваниями, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также боковой амиотрофический склероз.
