שיבושים בהובלת גלוקוז באוליגודנדרוציטים הקשורים לדילול המיאלין והזדקנות במחקר חדש

כיצד אוליגודנדרוציטים משתמשים במטבוליזם של חומצות שומן כמאגר אנרגיה כדי לשמור על תפקוד אקסונלי ויציבות מיאלין כאשר הגלוקוז דל, ומציע תובנות לגבי מנגנוני מחלות ניווניות.

לִלמוֹד: חילוף חומרים של חומצות שומן אוליגודנדררוגליות כמאגר אנרגיה של מערכת העצבים המרכזית. קרדיט תמונה: Shot4Sell/Shutterstock.com

במחקר שפורסם לאחרונה ב מדעי המוח בטבע, קבוצת חוקרים חקרה כיצד מטבוליזם של שומנים אוליגודנדרוגליאלי מספק מאגר אנרגיה לשמירה על תפקוד אקסונלי והומאוסטזיס מיאלין בתנאים של חוסר גלוקוז במערכת העצבים המרכזית.

רֶקַע

בבעלי חוליות, אוליגודנדרוציטים מייצרים מיאלין כדי להקל על הולכה מלוחה ולספק מצעים מטבוליים כמו לקטט או פירובט ליצירת אדנוזין טריפוספט (ATP) אקסונלי. תמיכה זו חיונית כאשר המיאלין מגביל את הגישה האקסונלית לחומרי הזנה חוץ-תאיים.

אוליגודנדרוציטים מבצעים גם חמצון חומצת שומן (FA) β במיטוכונדריה ובפרוקסיזומים, תוך שימוש ב-FA לאנרגיה או לסינתזה. רמות מופחתות של גלוקוז משפיעות על חילוף החומרים של FA ועל מחזור המיאלין, ותורמים להפרעות בחומר הלבן במחלות ניווניות.

דרוש מחקר נוסף כדי להבהיר כיצד חילוף החומרים של FA אוליגודנדרוגליאלי תומך בתחזוקת המיאלין ובתפקוד האקסונלי בתנאים מטבוליים שונים, במיוחד בהקשר של ניוון עצבי.

לגבי המחקר

כל העכברים שבהם נעשה שימוש במחקר הנוכחי גודלו על רקע C57 Black 6 (C57BL/6) (זן מרובע נפוץ של עכבר מעבדה), למעט עכברים Aldehyde Dehydrogenase 1 Family Member L1 – Green Fluorescent Protein (Aldh1l1-GFP) .

הם שוכנו בתנאים סטנדרטיים עם מחזור יום/לילה של 12 שעות, גישה חופשית למזון ומים, וסביבה מבוקרת ב-22 מעלות צלזיוס ולחות של 30-70%.

עכברים מהונדסים נוצרו בבית לפי פרוטוקולים סטנדרטיים. כדי להמחיש אוטופגוזומים באוליגודנדרוציטים, תג מונומרי חלבון פלואורסצנטי אדום – חלבון פלואורסצנטי ירוק ווסאבי מונומרי – חלבון הקשור למיקרו-צינוריות 1A/1B-שרשרת קלה 3 (mTagRFP-mWasabi-LC3) (מבנה פלואורסצנטי טנדם המשמש למחקר אוטופגיה) המבנה הונח תחת שליטה של ​​ה-2',3'-Cyclic Nucleotide 3'-Phosphodiesterase (Cnp)(אנזים המתבטא באוליגודנדרוציטים) פרומטור.

גנוטייפ בוצע באמצעות פריימרים ספציפיים ותוכנית תגובת שרשרת פולימראז (PCR). שמונה קווי עכברים אחרים עברו גם גנוטיפ כפי שתואר קודם, כשהם מכוונים לסוגי תאים ומסלולים שונים, כגון מיקרוגליה, אסטרוציטים, תאי מבשר אוליגודנדרוציטים ואוליגודנדרוציטים.

מוטנטים הומוזיגוטים הושוו לגנוטיפים בקרה בניסויים שונים כדי להעריך את תפקוד הגנים.

ריאגנטים הגיעו מ- Merck אלא אם צוין אחרת. תמיסת נוזל השדרה המלאכותית (aCSF) המשמשת לדגירה של עצב הראייה והקלטות אלקטרופיזיולוגיות הכילה רכיבים ספציפיים, כולל גלוקוז וסוכרוז, לשמירה על אוסמולריות.

מעכבים שונים למסלולים מטבוליים ואוטופגיה הוכנו טריים ונוספו ל-aCSF בריכוזים ספציפיים.

עצבי ראייה הוכנו מעכברים בעקבות נקע בצוואר הרחם, נותחו והודגרו ב-aCSF ב-37 מעלות צלזיוס. הקלטות אלקטרופיזיולוגיות וניתוח הישרדות בוצעו כדי למדוד תגובות תאיות ואקסונליות בתנאים מטבוליים שונים. הנתונים נותחו באמצעות תוכנות כמו פיג'י ואימאריס, וניתוח סטטיסטי נערך עם Excel או GraphPad Prism 9.

תוצאות המחקר

במחקר זה, נותחו עצבי ראייה בעלי מיאלינאציה מלאה מעכברים מהונדסים בני חודשיים המבטאים חלבונים פלואורסצנטיים באוליגודנדרוציטים או אסטרוציטים בתנאים של מניעת גלוקוז. עצבי הראייה הודגרו ב-aCSF ב-37 מעלות צלזיוס עם ריכוזי גלוקוז משתנים (10 מ"מ, 0 מ"מ או גלוקוז נמוך).

לאחר 24 שעות, נעשה שימוש בניתוח פלואורסצנטי להערכת הישרדות התא. באופן מפתיע, רוב האוליגודנדרוציטים נותרו בריאים גם בהיעדר גלוקוז, בעוד למעלה מ-70% מהאסטרוציטים מתו.

תאי קדם אוליגודנדרוציטים (OPCs) ומיקרוגליה לא הושפעו אף הם. תוצאות אלו מצביעות על כך שאוליגודנדרוציטים מסתמכים על מאגר אנרגיה קיים מראש, פוטנציאלי באמצעות מטבוליזם של FA.

כאשר עצבי הראייה הודגרו ב-mM גלוקוז אחד, ריכוז שאינו מספיק להולכה אקסונלית, כל התאים שרדו לפחות 24 שעות.

בנוסף, מתן 3-hydroxybutyrate כמקור אנרגיה חלופי מנע מוות של תאים, מה שמרמז על כך שחילוף החומרים האנרגטי, ולא מניעת גלוקוז בלבד, היה אחראי להישרדות התא.

מעכבי חמצן תגובתיים (ROS) לא שיפרו את הישרדות התא, מה שמצביע על כך שיצירת ROS לא הייתה הגורם למוות של תאים. עם זאת, תחת היפוקסיה חמורה וחוסר גלוקוז, נצפה מוות תאים נרחב, המשפיע על כל סוגי התאים.

כדי לחקור אם FAs יכולים לשמש עתודת אנרגיה, עצבים הודגרו ללא גלוקוז וטופלו בחומצה 4-ברומוקרוטונית (4-Br), מעכב חמצון FA β המיטוכונדריאלי.

זה הפחית באופן משמעותי את הישרדות התא, ותומך בהשערה שחילוף החומרים של FA באמצעות חמצון β מקיים ייצור אנרגיה. באופן מעניין, עיכוב חמצון β peroxisomal עם thioridazine לא השפיע על הישרדות התא, מה שמצביע על כך שחמצון β מיטוכונדריאלי מפצה על אובדן התפקוד ה-peroxisomal.

מיקרוסקופיה אלקטרונית גילתה שחוסר אנרגיה הוביל לשינויים מבניים במעטפת המיאלין, עם עלייה ביחסי g ו-demyelination של שלפוחית, אולי בגלל פירוק מיאלין באמצעות אוטופגיה.

ניתוח פרוטאומי אישר שינויים בחילוף החומרים של FA, עם עלייה באנזימים המעורבים במטבוליזם של FA וקטון בגוף. המחקר ראה גם היווצרות אוטופגוזומים מוגברת באוליגודנדרוציטים תחת מניעת גלוקוז, מה שמעיד על רמה בסיסית של אוטופגיה המווסתת במהלך הרעבה.

לבסוף, עיכוב של חמצון β באוליגודנדרוציטים באמצעות מניפולציה גנטית או אמצעים תרופתיים פגע בתפקוד האקסונלי, מה שמוכיח שחילוף החומרים של FA תומך בהולכה אקסונלית בתנאי גלוקוז נמוכים.

מסקנות

לסיכום, הנתונים המשולבים in vitro ו-in vivo מצביעים על מודל מורחב של דינמיקה של מיאלין, שבו אוליגודנדרוציטים תומכים בתפקוד האקסונלי לא רק באמצעות גליקוליזה אלא גם על ידי חילוף חומרים של FAs.

הניסוי המרכזי של המחקר כלל ניתוח מוליכות אקסונלית ורמות ATP בעצבי ראייה בעלי מיאלין בתנאי גלוקוז נמוכים ושימוש במעכבים מטבוליים. ניסויים אלו גילו כי זמינות מופחתת של גלוקוז באוליגודנדרוציטים מובילה לאובדן הדרגתי של מיאלין.

המחקר גם מצא כי בעוד מטבוליזם FA תומך בתפקוד האקסונלי, הוא אינו יכול לפצות באופן מלא על גלוקוז. לפיכך, חילוף החומרים של FA אוליגודנדרוגליאלי מסייע במניעת ניוון האקסונים במהלך לחץ מטבולי.