Vedci odhalili skrytý mechanizmus mozgu: „Núdzová energia“ chráni pred Alzheimerovou chorobou

Mozog potrebuje stálu dodávku energie, no najnovší výskum ukazuje, že niektoré látky v ňom plnia oveľa zložitejšie úlohy. Glykogén, ktorý sme doteraz považovali za jednoduchý energetický sklad, sa ukázal ako kľúčový hráč v ochrane pred neurodegeneratívnymi chorobami.

Tím vedcov z Buck Institute for Research on Aging prišiel s prekvapivým zistením. Keď skúmali, prečo diétne obmedzenie dramaticky zlepšuje stav mušiek s Alzheimerovou chorobou, narazili na neočakávané súvislosti. Glykogén v mozgu nefunguje len ako núdzová energia – je to sofistikovaný regulačný systém, ktorý môže rozhodnúť o osude neurónov.

Informuje o tom web Springer Nature a štúdia uverejnená na portáli Nature. 

Prekvapivé spojenie medzi stravou a tau proteínom

Výskumníci začali sledovať, ako diétne obmedzenie ovplyvňuje mušky s ľudským tau proteínom. Tento proteín sa hromadí v mozgoch pacientov s Alzheimerovou chorobou a vytvára charakteristické fibrilárne štruktúry. Zaujímavé bolo, že diétne obmedzenie pomáhalo len pri tau proteíne, nie pri amyloidných plakoch.

Proteomická analýza odhalila prekvapujúcu zhodu medzi účinkami prebytočnej stravy a tau toxicity. Oba procesy ovplyvňovali rovnaké proteíny v mozgu. Toto zistenie naznačovalo, že tau patológia môže predstavovať stav narušenej metabolickej regulácie, ktorý reaguje na stravovanie.

Medzi pozmenené proteíny patrili najmä enzýmy zapojené do metabolizmu glykogénu. Hoci sme glykogén tradične spájali s astrocytmi, najnovšie dôkazy ukazujú, že ho obsahujú aj neuróny, najmä pod stresom. Jeho úloha v mozgu však zostávala nejasná.

Glykogén ako ochranný mechanizmus mozgu

Vedci potvrdili zmeny enzýmov glykogénu nielen u mušiek, ale aj v mozgoch ľudí s Alzheimerovou chorobou. Neuróny vytvorené z kmeňových buniek pacientov s tau mutáciami tiež vykazovali zvýšenú akumuláciu glykogénu. Tau proteín teda ovplyvňuje homeostázu glykogénu konzervovaným spôsobom naprieč druhmi.

Pôvodný predpoklad bol jednoduchý – glykogén sa hromadí, lebo neuróny nemajú dostatok glukózy. Keď však aktivovali rozklad glykogénu pomocou glykogén fosforylázy, objavili prekvapivý mechanizmus. Rozklad glykogénu neposilňoval glykolýzu, ale aktivoval pentózofosfátovú dráhu.

Táto metabolická cesta produkuje NADPH, ktorý chráni bunky pred oxidatívnym stresom. Glykogén tak v neurónoch neplní úlohu energetického zdroja, ale modulátora redoxnej rovnováhy. Aktivácia jeho rozkladu znižuje reaktívne kyslíkové druhy, zatiaľ čo blokovanie pentózofosfátovej dráhy túto ochranu eliminuje.

Začarovaný kruh tau proteínu a glykogénu

Ďalšie zistenie prekvapilo ešte viac. Glykogén sa viaže priamo na tau proteín. Táto koagregácia môže zhoršovať chorobu tým, že zachytáva glykogén do patologických tau klbiek. Blokuje sa tak jeho prospešný rozklad a spúšťa sa začarovaný kruh oxidatívneho stresu a degenerácie.

Diétne štúdie odhalili ďalší zaujímavý mechanizmus. Obmedzenie proteínov v strave aktivuje cAMP signalizáciu, ktorá reguluje glykogénfosforylázu. Táto dráha zvyšuje rozklad glykogénu a znižuje tau patológiu. Vzniká tak nové spojenie medzi vnímaním živín a glykogénom riadenou neuroprotekciou.

Nový pohľad na mozgový metabolizmus

Tieto zistenia menia paradigmu. Glykogén v mozgu nie je len záložné palivo – je to regulačný uzol. Jeho rozkladom môžu neuróny aktivovať ochranné dráhy, znížiť oxidatívne poškodenie a modulovať proteínovú homeostázu.

Výskum tiež podčiarkuje silu medzidruhových prístupov. Od genetiky mušiek cez ľudské iPSC neuróny až po veľkorozmerné proteomické databázy mozgu vytvorili vedci ucelený obraz metabolickej osi, ktorá sa skrývala pred očami. Octomilka bola kľúčová – nielen pri potvrdzovaní hypotéz, ale pri nasmerovaní k správnym otázkam.

Samozrejme, mnoho otázok zostáva otvorených. Ako sa reguluje obrat glykogénu v rôznych oblastiach mozgu alebo typoch buniek? Je táto väzba na tau progresiou choroby, alebo ide o kompenzačnú odpoveď? Môžeme to využiť farmakologicky aj u ľudí?

Čítaj viac z kategórie: Zaujímavosti