Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны (École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL) расшифровали механизм, посредством которого производное глюкозы активирует рецепторы, участвующие в запоминании.

Клетка глии астроцит.
(Рис. © Thinkstockphotos.com)

Всем известно, что ключом к тому, как работает мозг, являются нейроны. Но оказывается, что они не единственные звезды в этом шоу: вырабатывая лактат, соседние клетки – астроциты – вызывают к себе все большее уважение за важнейшую роль в процессах запоминания и обучения. Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны недавно разобрались в молекулярной механике этого процесса и опубликовали свое открытие в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Результаты этой работы открывает новые возможности в лечении когнитивных нарушений, а также таких психических заболеваний, как депрессия.

Головной мозг жаден и забирает себе целых 25% нашего ежедневного потребления энергии. Для нормального выполнения функций нейронам и астроцитам необходима глюкоза. Нейроны используют ее для того, чтобы защитить себя от накопления токсичных продуктов собственного обмена. Астроциты, которые в отличие от нейронов являются клетками глии, вырабатывают лактат, который долго считался побочным продуктом метаболизма глюкозы, а затем простым источником энергии для нейронов.

Но в 2011 году лаборатория нейроэнергетики и клеточной динамики EPEL, в сотрудничестве с группой из США, опубликовала статью в журнале Cell, в которой раскрыла важную новую роль лактата.

«Мы установили, что in vivo блокирование переноса лактата из астроцитов в нейроны подавляет процесс запоминания», – рассказывает руководитель лаборатории Пьер Маджистретти (Pierre Magistretti). «Таким образом, оказалось, что он является важнейшим горючим для этого процесса».

Сосредоточив внимание на молекулярном механизме, ученые установили, что лактат – больше, чем просто энергия. Он выступает в качестве модератора одного из типов рецепторов глутамата – важнейшего медиатора нервной системы. Этот тип рецепторов глутамата (NMDA-рецепторов) участвует в процессе запоминания. Исследование показало, что лактат, усиливая активность NMDA-рецепторов, повышает уровень внутриклеточного кальция и дает нейронам своего рода турбонаддув.

«Глутамат позволяет ездить на первой передаче, с лактатом можно переключиться на четвертую и ехать со скоростью 100 км/ч», – объясняет Маджистретти.

Свои первые эксперименты ученые провели in vitro. Нейроны мышей подвергались воздействию различных веществ, и исследователи оценивали их влияние на экспрессию генов, участвующих в процессе запоминания. Глюкоза и пируват (другое производное глюкозы) не оказывали на нейроны никакого воздействия. Напротив, добавление лактата активировало экспрессию четырех генов, связанных с синаптической пластичностью, необходимых для запоминания.

Проведенные позднее исследования на мышах подтвердили эти результаты. Ученые вводили лактат в головной мозг животных, а затем экстрагировали эти ткани и оценивали экспрессию генов. Как и в in vitro экспериментах, экспрессия связанных с синаптической пластичностью генов была значительно повышена.

Можно ли, принимая пищевые добавки с лактатом, развить энциклопедическую память? Лаборатория Маджистретти только что получила грант на изучение эффектов искусственного добавления лактата.

«Мы нашли ряд молекул, которые могут заставить астроциты вырабатывать больше лактата. Теперь мы собираемся посмотреть, можно ли смягчить когнитивные расстройства и нарушения памяти в in vivo экспериментах».

Кроме того, поскольку такие заболевания, как депрессия часто сопровождаются когнитивными нарушениями, «лактат может иметь и эффект антидепрессанта», считает Маджистретти.

Оригинальная статья

Lactate promotes plasticity gene expression by potentiating NMDA signaling in neurons