Клетки мозга обмениваются «батарейками»

В трудную минуту вспомогательные клетки нервной системы отдают собственные митохондрии повреждённым и погибающим нейронам, помогая им выжить.

Передача нервных импульсов требует много энергии, так что неудивительно, что в нейронах сидит множество митохондрий – особых органелл, которые называют силовыми станциями клетки. Внешне митохондрии выглядят как мембранные цистерны, но внутри и на молекулярном уровне они устроены весьма сложно: они буквально под завязку напичканы разнообразными ферментами, которые с помощью кислорода добывают энергию из химических связей разных веществ и переводят её в форму молекулы АТФ – в таком виде энергию клетке легко хранить и легко использовать.

Митохондрии обладают собственной ДНК и могут самостоятельно делиться, так что с их количеством проблем не возникает. Однако они, как и всё прочее, изнашиваются, стареют, перестают выполнять свои функции, как надо. И тогда нейрон просто избавляется от них: в 2014 году была опубликована статья, в которой описывалось, как нейроны «выплёвывают» ставшие негодными митохондрии и как их тут же поглощают служебные клетки нервной системы астроциты, чья задача – обеспечивать нейронам благоприятные условия для работы, в том числе и убирая разнообразный молекулярно-клеточный мусор.

И тогда Эн Ло (Eng Lo) и Кадзухидэ Хаякава (Kazuhide Hayakawa) из Общеклинической больницы Массачусетса подумали, что, может быть, происходит и обратное – что нейроны могут не только выплёвывать митохондрии, но и вбирать их в себя. Тем более, что ещё раньше нечто похожее обнаружили у стволовых клеток костного мозга и клеток лёгких: при сильном стрессе – например, из-за раны – стволовые клетки, оказавшись рядом с клетками лёгких, отдают им свои митохондрии.

Если нейроны действительно берут чужие митохондрии, то это происходит в сложный для них момент, при повреждении, болезни и т. д. Как мы сказали, условия для работы и хорошее самочувствие нейронам обеспечивают астроциты, которые чувствуют, если их подопечным плохо.

Тревожным сигналом служит иммунный белок CD38, и, когда мышей с помощью генетически модифицирующих методов программировали так, чтобы у них синтезировался избыток CD38, то можно было наблюдать, как астроциты этих мышей высвобождают во внешнюю среду собственные нормальные, здоровые митохондрии. Питательную жидкость вместе с «выплюнутыми» митохондриями затем переносили к умирающим нейронам, которые в течение суток поглощали их, постепенно приходя в себя: в статье в Nature авторы работы пишут, что у нейронов появлялось больше энергии (в буквальном смысле – в виде молекул АТФ), они дольше жили и даже формировали новые отростки.

В экспериментах на животных результаты оказались похожи: когда мышам, у которых провоцировали инсульт, вводили в повреждённую часть мозга препарат митохондрий, то нейроны мозга впитывали их и в результате чувствовали себя лучше, чем если инсультных мышей оставляли, как есть. Исследователи подчёркивают, что здесь особенно важной была роль вышеупомянутого белка CD38: без него нейроны плохо поглощали митохондрии, даже если им их предоставляли в избытке.

Очевидно, в перспективе CD38, который помогает клеткам нервной системы обмениваться митохондриями и тем самым поддерживает нейроны «на плаву», можно было бы использовать в терапии повреждений мозга, и не только в случае инсульта. Однако этот белок выполняет в организме много функций, и нужно ещё убедиться, что, если мы будем вводить его извне для лечения нейронов, мы одновременно ничего не испортим в каком-нибудь другом месте.

По материалам Science.