По сравнению с другими органами, человеческий мозг требует больше всего энергии. Энергоснабжение нервных клеток и особая роль молочной кислоты (лактата) являются предметом интенсивных исследований в течение многих лет.
Гипотеза из постулатов 1990-х годов о том, что хорошо организованное сотрудничество между двумя типами клеток, астроцитами и нейронами, является основой энергетического метаболизма мозга.Астроциты производят лактат, который поступает к нейронам для удовлетворения их высоких энергетических потребностей. Из-за отсутствия экспериментальных методов оставалось неясным, существует ли обмен лактатом между астроцитами и нейронами. Группа профессора Бруно Вебера из Института фармакологии и токсикологии теперь показывает, что существует значительный градиент концентрации лактата между астроцитами и нейронами.
Транспорт лактата зависит от концентрацииВход и выход лактата в клетки тела и из них зависят от концентрации и опосредуются специфическим транспортером лактата (называемым транспортером монокарбоксилата или МСТ).
Типичное свойство некоторых белков-переносчиков называется трансускорением. «MCT можно представить как вращающиеся двери в торговом центре, которые начинают поворачиваться быстрее, когда все больше людей входят или выходят», — объясняет Бруно Вебер, профессор мультимодальной экспериментальной визуализации в Цюрихском университете. Исследователи использовали это свойство и ускорили «вращающиеся двери». Увеличивая концентрацию внеклеточного пирувата, они стимулировали внешний транспорт лактата. Интересно, что уровень лактата изменился только в астроцитах, но не в нейронах.
На основании этого открытия и результатов нескольких контрольных экспериментов был подтвержден четкий градиент лактата между астроцитами и нейронами. «Из-за того, что транспорт лактата MCTs является пассивным, такая разница концентраций является необходимым условием для присутствия потока лактата», — говорит Бруно Вебер.Ученые использовали новый флуоресцентный белок, который связывает лактат, тем самым изменяя количество света, выделяемого флуоресцентной молекулой. Таким образом они могли измерить концентрацию лактата в отдельных клетках. «Мы выявили датчик лактата в астроцитах или нейронах мозга анестезированных мышей и измерили изменения флуоресценции с помощью специального двухфотонного микроскопа», — объясняет Бруно Вебер.Спустя более 20 лет после формулировки гипотезы о том, что нейроны метаболизируют лактат, исследователи сделали важный шаг ближе к окончательному доказательству этой гипотезы.
В заключение Бруно Вебер заявляет, что «многочисленные заболевания мозга связаны с метаболическим дефицитом. Это подчеркивает важность точного понимания процессов, способствующих энергетическому метаболизму мозга на клеточном уровне».
