מדוע מטפורמין יכול להגן על המוח על ידי חיווט מחדש של מיטוכונדריה

מחקר חדש מראה שמטפורמין משפר את תיקון המיאלין במודלים מבוססי אנוש על ידי כוונון חילוף החומרים המיטוכונדריאלי, ומציע תקווה לטיפול בטרשת נפוצה.

מחקר: מטפורמין משנה את חילוף החומרים הקשור למיטוכונדריה ומשפר את תפקוד האוליגודנדרוציטים האנושיים. קרדיט תמונה: חואן גרטנר / Shutterstock

במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת תקשורת טבעצוות חוקרים בינלאומי חקר האם מטפורמין משפר את ההבחנה והמיילינציה של תאי אבות אוליגנדנדרוציטים אנושיים (OPCs) על פני מודלים הרלוונטיים לבני אדם והגדירו מנגנונים הקשורים למיטוכונדריה התומכים בהגנה עצבית.

רֶקַע

בכל יום מסתמכים מיליוני מסרים מוחיים על מיאלין כדי להישאר מדויקים; כאשר הבידוד הזה נכשל, תנועה, זיכרון ומצב רוח סובלים. טרשת נפוצה (MS) מסלקת מיאלין מאקסונים, והזדקנות מפחיתה מחדש מחדש מכיוון ש- OPCs הופכים פחות מגיבים.

Metformin, טיפול קו ראשון לסוכרת מסוג II, חוצה את מחסום הדם-מוח ומשנה את אדנוזין מונופוספט (AMP): אדנוזין טריפוספט (ATP) על ידי עיכוב IMPK Mitochondrial I, הפעלת פרוטין קינאז מופעל על ידי AMP (AMPK).

החזר מחדש של הגנה עצבית עומדת בפני אתגר: אוליגודנדרוגליה אנושית שונה באופן משמעותי מאלה של מכרסמים. מחדש טוב יותר יכול להאט את התקדמות הנכות ולשמור על עצמאות.

יש צורך במחקר נוסף כדי להגדיר מנגנונים ויתרונות.

על המחקר

החוקרים השוו שלוש מערכות אנושיות כדי להעריך את השפעות המטפורמין על אוליגודנדרוגליה. הם יצרו OPCs של תאי גזע עובריים אנושיים (HESC) בתרבות חד-שכבתית, ייצרו אורגנואידים קליפת המוח המכילים אוליגודנדרוגליה, והושתלו HESC-OPC עם תווית פלורסנטית ירוקה לקורפוס קלאוסום של שיבר; עכברים מפעילים רקומבינציה של גן 2 (RAG2)-NULL ליצירת כימרות בעכבר אנושי.

מטפורמין הידרוכלוריד (100 מיקרומטר) הוחל על שכבות חד-פעמיות למשך 7 ימים והועבר מדי יום על אורגנואידים מהיום במבחנה 60 עד 70. צ'ימרות קיבלו מטפורמין דרך הפה (300 מ"ג/ק"ג) במשך 21 יום, החל מ -42 יום לאחר ההשתלה.

הבידול והמיילינציה כמתו על ידי חיסון חיסוני עבור חלבון בסיסי של מיאלין (MBP), גורם תעתיק אוליגודנדרוציטים 2 (OLIG2), והסמן הבוגר פוליפוזיס פוליפוזה (APC; CLONE CC1), בתוספת מיקרוסקופיה אלקטרונית (EM) לחישוב אחוזי אקסון מיילליד וטרוסטוס אקסון.

פרופילי רצף חומצות ריבונוקלאיות של תאים יחיד (scrNA-seq) נוצרו עבור תאים, ורצף RNA של גרעין חד-גרעיני (snRNA-seq) מהמוח וחוט השדרה שולבו באמצעות ניתוח מתאם קנוני ורשת עצבית מלאכותית (ANN) להשוואה בין זהויות.

ניתוחי ביטוי דיפרנציאלי וניתוחי אונטולוגיה (GO) שימשו לבדיקת שינויי מסלול. קריאות מכניסטיות כלולות במקום הכלאה ל- NDUFA11 ו- EIF1, ולכתוב מערבי עבור TOMM20 ו- CHCHD2.

תוצאות המחקר

בתרבויות חד -שכבתי, המטפורמין הגדיל את ההבחנה באוליגודנדרוציטים אנושיים תוך שבעה ימים. אוליגודנדרוציטים ביניים הראו עלייה ממוצעת של 0.70 ± 0.2 SEM (שינוי קפל) ותאי OLIG2+ MBP+ בוגרים יותר עלו על ידי עלייה ממוצעת של 0.52 ± 0.23 SEM (שינוי קפל) לעומת רכב, הדומה לפומארט קלמסטין. scrna-seq הראה כי תאים אלה דמו לעובר ולא באוליגודנדרוגליה של מבוגרים: אשכולות OPC מיושרים עם OPCs בוגרים, ואילו אוליגודנדרוציטים ממופים לאגרה, מחויבת, מחויבת של אוליגנדנדורוציטים תאי אבות (COP)-עם מצבים דמויי COP), עם פקטור תמלול SRY-Box 2 (SOX2). ראוי לציין כי הדבר מנוגד לדגמי חולדה שבהם מטפורמין מסייע רק ל- OPCs בגילאים, ומדגיש תגובות ספציפיות למינים.

באורגנואידים בקליפת המוח, דופק מטפורמין מהיום בַּמַבחֵנָה 60–70 לא שינו ספירות של תאי CC1+ או MBP+ אלא הרחיבו משמעותית את שטח MBP (עלייה ממוצעת של 0.45 ± 0.18 SEM), מה שמעיד על יותר חלבון מיאלין לאזור מבלי לשנות את מספר התא. ניתוחים משולבים כנגד snRNA-seq למבוגרים הציבו שוב את מרבית האוליגודנדרוגליה האורגנואידית בתאי COP או לא בשלים של אוליגודנדרוציטים.

ההשפעות החזקות ביותר הופיעו בכימרות בעכבר אנושי. לאחר השתלת OPCs הנגזרים מ- HESC לתוך הצמרמורת; RAG2-NULL CORPUS CALLOSUM, 46.77% ± 4.39 SEM של תאים אזוריים היו אנושיים ו 70.51% ± 2.28 SEM מהם היו OLIG2+. על ידי EM, ממוצע של 16.15% ± 1.88 SEM של אקסונים הוחלפו בתחילת הדרך.

מסלול אוראלי של 21 יום של מטפורמין הגדיל את האקסונים המיולינדים מ 21.44 ± 2.3 SEM% ל- 28.21 ± 1.9 SEM% והפחית את יחס ה- G מ- 0.84 ± 0.004 SEM ל- 0.81 ± 0.009 SEM, ללא תלות בקטרים ​​אקסונאליים ותואמים מיאלין עבה יותר. אף על פי שספירות אוליגודנדרוציטים בוגרות (CC1+) לא השתנו, פלט המיאלין לאקסון השתפר, ומרמז על פונקציה משופרת לתא.

תוכניות מבנה מיטוכונדריאלי ותוכניות גנים השתנו עם הטיפול. מטפורמין הגדיל את אזור הפרופיל המיטוכונדריאלי באקסונים ובגליה, בקנה אחד עם שינויים בתוכן או דינמיקה של המיטוכונדריה. טרנסקריפטומיקה באוליגודנדרוציטים של צ'ימרה אנושית חשפו את הוויסות של NDUFA11, COX8A ו- EIF1, התומך בתרגום של מסרים מיטוכונדריים.

במקום הכלאה אישרו אותות NDUFA11 ו- EIF1 גבוהים יותר בתאי OLIG2+ אנושיים, וכתמים מערביים במונוקולטורות המונוקולטורות האוליגודנדרוגליאליות של HESC הראו עלייה ב- TOMM20 ו- CHCHD2, בקנה אחד עם פעילות מיטוכונדרית מוגברת ודינמיקה.

חשוב לציין כי ההשפעות לא היו מוגבלות לתאים אנושיים שהושתלו. בקורפוס העכבר Callosal אוליגודנדרוציטים, אסטרוציטים, מיקרוגליה ונוירונים, מטפורמין העלה את EIF1 ו- COX8A, מה שמצביע על כוונון מטבולי רחב יותר ולא על פעולה אוטונומית תאית מוחלטת.

לבסוף, במערך נתונים של גרעין יחיד של מוחות תורם של טרשת נפוצה, אוליגודנדרוציטים משני אנשים הידועים כי לקחו מטפורמין לפני שהמוות הביע יותר EIF1 משני תורמי טרשת נפוצה שלא טופלו, מהדהדים את אות הכימרה למרות מספרים קטנים.

יחד, מטפורמין הגדיל את חלבוני המיאלין והנדנדים על פני דגמים וחיברו מחדש חילוף חומרים הקשורים למיטוכונדריה בדרכים התומכות בתפקוד האוליגודנדרוציטים.

מסקנות

לסיכום, מחקר זה מראה שמטפורמין משפר את חלבוני המיאלין בַּמַבחֵנָה ונדן מיאלין in vivoעם דמיון תמלול דמוי מבוגר הבולט ביותר במודל הכימרה.

בכימרות, אקסונים מיאליים עלו ו"ג'ארטיו "נפלו מבלי להרחיב את ספירת האוליגנדנדרוציטים הבוגרת, ומרמזים על יותר מיאלין לתא. חתימות תעתיק וחלבון, כולל NDUFA11, COX8A, EIF1, TOMM20 ו- CHCHD2, תואמות את התפקוד המיטוכונדריאלי ושינוי מטבוליזם.

המגבלות כוללות תאים דמויי עוברים עם ביטוי SOX2 מתמשך, היעדר דימילינציה או דלקת, היעדר מדידות נשימה מיטוכונדריאלית ישירה, ומעט תורמי טרשת נפוצה.

הממצאים מתיישרים עם בדיקות קליניות מתמשכות של הפוטנציאל העצבי של מטפורמין בטרשת נפוצה. בסך הכל, העדויות תומכות בבדיקת מטפורמין כטיפול נוירו-הגנה ומשפר מחדש מחדש בטרשת נפוצה.