Ученые из Института биофизики клетки РАН Пущинского научного центра биологических исследований РАН продемонстрировали эффективность природных метаболитов — лактата и пирувата — в коррекции патологических изменений в митохондриях на клеточной модели Болезнь Паркинсона.
Болезнь Паркинсона входит в десятку социально значимых тяжелых заболеваний, борьба с которыми направлена на улучшение качества и продолжительности жизни в пожилом возрасте. Хотя первые свидетельства клинических проявлений болезни относятся к XII веку до н.э и были описаны еще при египетских фараонах, ее патогенез и молекулярные механизмы, приводящие к развитию неврологических нарушений, до сих пор мало изучены.
Усилия тысяч специалистов по всему миру — врачей, физиологов, нейробиологов, биохимиков — позволили сформулировать общее представление о характере изменений в головном мозге, сопровождающих заболевание. Однако эти данные представляют собой «макроскопическое» описание процесса и его последствий, а не первопричины. Необходимо выяснить, что вызывает гибель нейронов, вырабатывающих дофамин, и что происходит на клеточном и молекулярном уровне.
По данным Минобрнауки России, ученые лаборатории внутриклеточных сигналов Института биофизики клетки РАН несколько лет работают над этой проблемой. Им удалось показать, что процесс гибели нейронов может быть обусловлен нарушением митофагии — механизма, обеспечивающего «очищение» клетки от поврежденных митохондрий, источников активных форм кислорода и токсических метаболитов.
В новом исследовании, опубликованном в Molecular Neurobiology, январь 2022 г. (Евгения И.Федотова и др., лактат и пируват активируют аутофагию и митофагию, которые защищают клетки в токсической модели болезней Паркинсона, Mol. Neurobiol. 2022 Jan; 59(1):177-190.), эти результаты были воспроизведены на клеточной модели болезни Паркинсона: культуре клеток нейробластомы и культуре первичной ткани коры головного мозга крыс, в которых нейродегенерация и митохондриальная дисфункция намеренно имитировались веществами, блокирующими электрон-транспортную цепь.
Основываясь на своих предыдущих выводах, исследователи протестировали соединения, которые уменьшают повреждение клеток за счет активации митофагии. Эти вещества оказались нашими естественными метаболитами, образующимися в клетках при энергетическом обмене: лактат (молочная кислота) и пируват, пировиноградная кислота.
«Добавление в культуру клеток лактата и пирувата с развитием дегенеративных изменений в миллимолярных концентрациях, сравнимых с физиологическим уровнем, спровоцировало активную атаку «клеточных компьютеров» — лизосом на поврежденные митохондрии», — отмечает к.б.н. ФИЦ ПНЦБИ РАН Евгения Федотова.
В работе использован целый комплекс современных методов клеточной биологии, позволяющий наблюдать внутриклеточные события в режиме реального времени. Как отмечают ученые, пока рано говорить о клиническом применении полученных результатов. Остается нерешенным главный вопрос: как обеспечить воздействие на поврежденные нейроны, не влияя на метаболизм здоровых клеток.
Полученные результаты открывают возможность использования соединений, аналогичных встречающимся в природе, для коррекции кажущихся необратимыми нарушений в популяциях нервных клеток. Исследования ученых могут быть полезны фармакологам и врачам.
