Исследователи под руководством Джанет Шоу, доктора философии, профессора биохимии, обнаружили, что когда здоровые, функционирующие митохондрии не могут двигаться вдоль аксонов — нервных волокон, которые проводят электричество от нейронов, — у мышей развиваются симптомы нейродегенеративных заболеваний. В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, Шоу и ее коллеги-исследователи заявили, что их результаты показывают, что заболевания двигательных нейронов могут быть результатом плохого распределения митохондрий по спинному мозгу и аксонам.
Первый автор Тэмми Т. Нгуен, студентка доктора медицинских наук Университета Калифорнии. программа, которая направлена на подготовку врачей с выдающимися клиническими навыками и строгой научной подготовкой, чтобы соединить миры клинической медицины и фундаментальных исследований для улучшения здравоохранения.«Мы давно знаем о связи между функцией и распределением митохондрий и нервными заболеваниями», — говорит Шоу. «Но мы не можем сказать, возникает ли дефект из-за того, что митохондрии не попадают в нужное место или потому, что они не функционируют должным образом».Митохондрии — это органеллы — компартменты внутри клеток, которые выполняют несколько функций, в том числе вырабатывают АТФ, нуклеотид, который клетки превращают в химическую энергию, чтобы оставаться в живых. По этой причине митохондрии часто называют «клеточными энергетическими установками».
Они также играют решающую роль в предотвращении накопления в клетках слишком большого количества кальция, что может вызвать апоптоз или гибель клеток.Чтобы митохондрии выполняли свои функции, они должны быть распределены по клеткам по всему телу, что достигается с помощью небольших белковых «моторов», которые транспортируют органеллы по аксонам.
Для двигателей, транспортирующих митохондрии, ферменты, известные как митохондриальные Rho (Miro1) GTPases, действуют для присоединения митохондрий к двигателям. Чтобы изучить, как движение митохондрий связано с заболеванием двигательных нейронов, Нгуен разработал две модели мышей, в которых ген, производящий Miro1, был нокаутирован. В одной модели у мышей отсутствовал Miro1 на эмбриональной стадии. Во второй модели фермент отсутствовал в коре головного мозга, спинном мозге и гиппокампе.
Исследователи заметили, что у мышей, лишенных Miro1 на эмбриональной стадии, были дефекты двигательных нейронов, которые не позволяли им сделать один вдох после рождения. Изучив мышей, Нгуен, Шоу и их коллеги обнаружили, что нейроны, необходимые для дыхания после рождения, отсутствуют в верхней половине ствола мозга мышей. Диафрагмальный нерв, также важный для дыхания, также не был полностью развит.
«Мы считаем, что физические проблемы у мышей указывали на дефекты двигательных нейронов», — говорит Шоу.И наоборот, мыши без Miro1 в головном и спинном мозге были в порядке при рождении, но вскоре у них появились признаки неврологических проблем, такие как сгорбленные шипы, трудности с перемещением и сцеплением задних лап вместе, и они умерли примерно через 35 дней после рождения. По словам Шоу, эти симптомы были похожи на болезнь двигательных нейронов.«Митохондриальная функция клеток в норме, и уровень кальция в норме», — говорит она. «Это впервые показывает, что ограничение движения и распределения митохондрий может вызвать заболевание нейронов».
Стефан М. Пулст, доктор медицинских наук, доктор медицинских наук, профессор и заведующий кафедрой неврологии университета и соавтор исследования, говорит, что процесс митохондриального транспорта важен не только для двигательных нейронов, но и для других нейронов. «Белки Miro1 и соответствующие животные модели представляют собой прорыв в изучении БАС (болезнь Лу Герига) и других нейродегенеративных заболеваний».Хотя необходимо провести гораздо больше исследований, исследование открывает возможность разработки новых лекарств для частичной коррекции дефектов митохондриального распределения, чтобы замедлить прогрессирование заболеваний двигательных нейронов.
Во-первых, Шоу хочет создать модель, чтобы нокаутировать ген Miro1 у взрослых мышей, чтобы увидеть, имитируют ли результаты неврологические заболевания.