מחקר חדש של ייל חשף כי נוירונים – תאים רעבי אנרגיה המחברים בין פעילות ישירה במוח – מצוידים ב"סוללות גיבוי "שנכנסות פנימה כדי לשמור על המוח לרוץ בתקופות של לחץ מטבולי.
כותב ב המשך האקדמיה הלאומית למדעיםהחוקרים מתארים כיצד נוירונים מאחסנים את הגליקוגן שלהם, סוג של סוכר המסייע לנוירונים להישאר עמידים כאשר מקורות האנרגיה העיקריים שלהם מתמוטרים.
הממצאים ממחישים כיצד תאי עצב יכולים להתאים את חילוף החומרים שלהם, אומרים החוקרים ויכולים לעצב טיפולים חדשים במצבים נוירולוגיים כמו שבץ מוחי, התנוונות עצבית ואפילפסיה, כל ההפרעות בהן אי ספיקת אנרגיה ממלאת תפקיד.
"באופן מסורתי, האמינו כי תאי הגליה שימשו 'מחסני אנרגיה', אחסון גליקוגן ואספקו נוירונים דלק לפי הצורך," אמר הסופר המועלה המשותף מילינד סינג, דוקטורנט בביולוגיה של תאים בבית הספר לרפואה ייל (YSM).
אך אנו יודעים כעת כי נוירונים עצמם מאחסנים גליקוגן ויכולים לפרק אותו כאשר הלחץ דולק. זה כמו לגלות שהמכונית שלך היא היברידית – היא לא רק נשענת על תחנות דלק, היא נושאת סוללת חירום כל הזמן. "
מילינד סינג, סטודנט לדוקטורט, בית הספר לרפואה של ייל
לצורך המחקר, צוות המחקר השתמש בתולעת עגולה מיקרוסקופית הנקראת Caenorhabditis elegans (c. Elegans) – סוג של תולעת הנפוצה במחקר – ובסנסור פלורסנט מקודד גנטית בשם Hylight, שזוהר בתגובה לשינויים בגליקוליזה (תאי התהליך משתמשים כדי לשבור סוכר לאנרגיה.)
עם מכשירים שנבנו בהתאמה אישית, החוקרים שלטו במדויק על רמת החמצן, התולעים החיים חוו ופיקחו על האופן בו נוירונים הגיבו ללחץ אנרגיה בזמן אמת.
פריצת דרך הגיעה כאשר החוקרים גילו את האנזים PYGL-1, גרסת התולעת לאנזים הפוספורילאז הגליקוגן האנושי הממירה גליקוגן לדלק לנוירונים. כאשר החוקרים הסירו את PYGL-1, נוירוני התולעת כבר לא יכלו להעלות אנרגיה בתנאי לחץ נמוכים בחמצן; כאשר הוחזר האנזים באופן ספציפי בנוירונים, כישלון זה התהפך.
"גילינו כי נוירונים משתמשים בשתי אסטרטגיות שונות כדי להסתגל ללחץ אנרגיה: כזה תלוי גליקוגן, ואחד שאינו", הסביר הסופר המועלה המשותף אהרון וולף, חוקר מדעי המוח לאחר הדוקטורט. "המסלול התלוי בגליקוגן הוא קריטי במיוחד כאשר המיטוכונדריה – אחד מיצרני האנרגיה העיקריים של התא – אינו פועל היטב. במצבים אלה, גליקוגן משמש מערכת גיבוי לספק אנרגיה באמצעות גליקוליזה."
הצוות טבע את המונח "פלסטיות גליקוליטית תלויה בגליקוגן" (GDGP) כדי לתאר תופעה זו. הם מצאו כי GDGP חשוב במיוחד כאשר נפגעת תפקוד המיטוכונדריאלי – כגון במהלך היפוקסיה, מצב של אספקת חמצן מוגבלת. בתנאים אלה, גליקוגן משמש כמקור דלק בעלות נמוכה ונגישה מהירה, ועוזר לנוירונים להישאר פעילים כאשר מערכות אחרות עשויות להתעכב. יכולת הסתגלות מטבולית זו, המכונה "פלסטיות גליקוליטית", מסייעת לנוירונים לשמור על תפקודי הליבה שלהם תחת לחץ.
"העבודה שלנו מאתגרת את המודל של ספרי הלימוד כיצד המוח מתדלק עצמו. נוירונים הם מספיק עצמיים ממה שחשבנו," אמר סינג.
המחקר המקונל דובברג, מחבר המשותף דניאל קולון-רמוס, פרופסור דוריס מקונל דובברג למדעי המוח וביולוגיה של תאים ב- YSM, אמר כי המחקר תומך ברעיון של גליקוגן כ"קבל אנרגיה "בנוירונים.
קולון-רמוס אמר כי "ממש כמו בשרירים, השמורה הזו יכולה לחגר שינויים מהירים בביקוש האנרגיה." "גמישות זו עשויה להיות מכריעה לאופן בו המוח שומר על תפקוד ומגיב ללחץ. המחקר הזה מעצב מחדש את ההבנה שלנו לגבי חילוף החומרים באנרגיה מוחית ופותח דרכים חדשות לבחינת כיצד להגן ולתמוך בתפקוד עצבי במחלה."
מחברים אחרים, כולם מייל, כוללים את שרה אמרסון, חוקרת פוסט -דוקטורט במדעי המוח; איאן ג'יי גונזלס, סטודנט לתואר שני בביולוגיה של תאים; אנג'אלי א. וישוואנת 'ואנסטסיה ציוץ, חוקרים פוסט-דוקטורט במדעי המוח; וריצ'רד גודמן, מדען מחקר במדעי המוח.
