Американские ученые обнаружили, что огромное потребление мозгом энергии даже в состоянии покоя связано с синаптическими пузырьками, переносящими нейромедиаторы. Дело в том, что белки-транспортеры в их мембранах имеют очень низкий порог активации и могут начать работать даже когда в них нет необходимости. Результаты исследования актуальны для решения важных проблем неврологии, а также для разработки новых методов лечения заболеваний, связанных с нарушением метаболизма мозга. Статья опубликована в журнале Science Advances.
Мозг даже в состоянии покоя потребляет гораздо больше энергии, чем другие органы. Ученые из Медицинского колледжа Корнельского университета показали, что это может быть связано с процессом упаковки нейромедиаторов в специальные везикулы — синаптические пузырьки. Эти везикулы транспортируют нейромедиатор в синаптическую щель между нейронами, чтобы он мог передать сигнал дальше.
Предыдущие исследования показывали, что мозг даже в коматозном и вегетативном состояниях снижает потребление глюкозы лишь наполовину. Источники этой утечки энергии долгое время оставались неизвестны, но теперь ученые их обнаружили. Оказалось, что белки-транспортеры на мембранах везикул продолжают работать, даже когда пузырек уже полностью заполнен молекулами нейромедиатора. Эти белки закачивают внутрь везикулы молекулу нейромедиатора в обмен на протоны, которые они выбрасывают из везикулы в цитоплазму нейрона. Энергетический порог активации белков-транспортеров в результате эволюции сформировался крайне низким. Это обеспечило быструю загрузку нейромедиатора в везикулы во время синаптической активности и, следовательно, более быстрое мышление и реакцию.
«Обратной стороной быстрой загрузки стало то, что даже случайные тепловые колебания могут вызвать изменение формы транспортера и его активность, что становится причиной постоянного расхода энергии, даже в состоянии покоя, — говорит старший автор исследования Тимоти Райан. — Если бы мы нашли способ безопасно снизить эту утечку энергии и, таким образом, замедлить метаболизм мозга, мы смогли бы лечить многие патологические состояния».
Конечно, утечка энергии из одной везикулы крайне мала, однако в человеческом мозгу синоптических пузырьков, по крайней мере, сотни триллионов. Открытие важно как для понимания биологии мозга, так и для практических применений в медицине. Уязвимость мозга к нехватке энергии представляет серьезную проблему в неврологии, а метаболические нарушения сопутствуют многих распространенным заболеваниям мозга, в том числе болезням Альцгеймера и Паркинсона.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
