Аксоны, длинные отростки нервных клеток, образующие нервы нашей периферической нервной системы, подобны электрическим кабелям: они имеют толстую электрическую изоляцию, так что они могут быстро передавать стимулы от тела и сигналы от мозга к палец ноги, например.
Эта изоляция, называемая миелином, состоит из многочисленных слоев клеточных мембран - в поперечном сечении изолированный таким образом аксон напоминает кольца дерева. Эти миелиновые оболочки имеют сужения (или узлы) через равные промежутки времени, и нервные импульсы перескакивают от одного узла к другому, чтобы быстро распространяться.
Дефект изоляции
При некоторых нейродегенеративных заболеваниях миелиновые оболочки аксонов в периферической нервной системе деградируют, что означает, что они больше не могут эффективно передавать сигналы и команды. Одним из примеров таких заболеваний является болезнь Шарко-Мари-Тута (ШМТ), которая является наследственным заболеванием. Со временем нарушение изоляции приводит к дегенерации нервов и, в конечном счете, мышц, которые в результате отключаются от нервных импульсов. По мере прогрессирования заболевания пациенты теряют способность контролировать свои двигательные функции и едва могут нормально ходить, а также страдают от болей.
Наращивание изоляции аксонов является обязанностью окружающих шванновских клеток. Они используют большое количество различных молекул жира (липидов) за короткое время, в основном в первые годы после рождения, чтобы покрыть аксоны миелином. До сих пор было неизвестно, как они удовлетворяли свою огромную потребность в липидах. Ученые спорили, получали ли они эти молекулы из пищи или производили их сами.
Центральный фермент для синтеза
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Лауры Монтани из группы Ули Сутера из Института молекулярных наук о здоровье теперь использовали модель мыши, чтобы продемонстрировать, что шванновские клетки синтезируют около половины липидов, необходимых для построения утепление с нуля - то есть производят сами. Вторую половину необходимых им липидов клетки получают из пищи.
Находясь внутри шванновских клеток, фермент, известный как синтаза жирных кислот (FASN), действует как центральный «переключатель» в процессе синтеза липидов. Команда обнаружила, что этот фермент необходим для правильного состава липидов в изолирующих слоях, для начала миелинизации клеток и для здорового роста миелиновых слоев. С помощью производимых молекул жира, называемых жирными кислотами, FASN также регулирует всю сигнальную сеть, которая играет важную роль в миелинизации.
Как только этот фермент отсутствует, клетки больше не могут производить критические липиды для миелиновых слоев. Затем шванновские клетки в большей степени полагаются на получение пищевых липидов из кровеносных сосудов, проходящих через нервные волокна. Однако шванновские клетки, лежащие дальше от кровотока, не могут ни синтезировать собственные липиды, ни получать их из крови в достаточном количестве и, следовательно, не могут в достаточной мере изолировать аксоны - если вообще вообще..
Кроме того, исследователь и ее коллеги из различных университетов, в том числе из университетов Граца (Австрия), Вашингтона-Сент. Louis (США) и Цюрих обнаружили, что даже диета с высоким содержанием жиров не смогла обратить этот процесс у мышей, у которых отсутствовал фермент FASN: изоляция аксонов оставалась дефектной. Это показывает, что внутреннее производство липидов шванновскими клетками необходимо для образования миелиновых оболочек в нервах.
Монтани и ее коллеги проводили свои эксперименты, используя животных с определенной мутацией, которая означала отсутствие у них фермента FASN. В ее исследовании миелинизация этих мышей сравнивалась с миелинизацией мышей, у которых действительно возникала FASN. В исследовании изучались животные в их «детском возрасте», начиная с рождения, поскольку это критический этап жизни, когда аксоны получают свою миелиновую изоляцию. После подросткового возраста миелинизация более или менее завершена. При необходимости изоляция еще будет утолщена, но фаза быстрого наращивания уже позади.
Связь с редкими неврологическими заболеваниями?
Остается неясным, какое значение имеют результаты для различных заболеваний. В настоящее время Монтани изучает, имеет ли этот фермент решающее значение для клеток, которые миелинизируют мозг во время постнатального развития, и играет ли он роль в восстановлении миелина после повреждения, как это происходит у пациентов с рассеянным склерозом.
Большое количество редких детских заболеваний связано с мутациями в генах, которые играют важную роль в синтезе липидов. Эти заболевания мало изучены, так как они встречаются очень редко. Больные обычно умирают в очень молодом возрасте из-за тяжелой дегенерации нервной системы.
Монтани подозревает, что разрушение нейронов может быть вызвано снижением синтеза липидов в миелинизирующих клетках нервной системы, среди прочих факторов. «Знание того, как снижение синтеза липидов влияет на миелинизацию во время развития, является важным шагом на пути к лучшему пониманию того, как прогрессируют такие заболевания», - говорит она.
Более того, хотя очень немногие люди страдают от каждого из этих расстройств, она говорит, что редкие расстройства в целом являются сегодня одной из основных причин смерти младенцев и младенцев в промышленно развитых странах. На их долю приходится около трети смертей в первый год жизни. Поэтому Монтани хочет продолжить свои исследования в этом направлении в будущем. В результате шести лет напряженной работы ее проект завершен и послужит основой для будущих исследований.