Результаты, опубликованные 17 июня в онлайн-выпуске PNAS, предполагают, что некоторые основы биологии могут нуждаться в пересмотре, но они также имеют потенциальное значение для улучшения понимания и лечения многих нейродегенеративных и метаболических расстройств.
"Это действительно ставит под сомнение общепринятое предположение о том, что клетки обязательно разрушают свои собственные органеллы.
Мы еще не знаем, насколько универсален этот процесс во всем мозге, но наша работа предполагает, что он, вероятно, широко распространен », – сказал Марк Х. Эллисман, доктор философии, заслуженный профессор нейробиологии, директор Национального центра микроскопии и исследований изображений (NCMIR) Калифорнийского университета в Сан-Диего и соавтор исследования с Николасом Марш-Армстронгом, доктором философии, из отдела неврологии Университета Джонса Хопкинса. Университет и Хьюго В. Исследовательский институт Мозера в Институте Кеннеди Кригера в Балтиморе.
«Открытие стандартного процесса передачи мусора от нейрона к глии, скорее всего, будет очень важно для понимания возрастного снижения функции мозга и нейродегенеративных или метаболических нарушений», – сказал Марш-Армстронг. «Мы ожидаем, что влияние будет значительным и в других областях биомедицины."
Исследователи специально изучили аксоны ганглиозных клеток сетчатки у мышей, тип нейрона, который передает визуальную информацию от глаза к мозгу.
Исследование было вызвано наблюдениями Марш-Армстронг во время изучения модели глаукомы на мышах, что белковые продукты сетчатки накапливались в головке зрительного нерва (ONH) сразу за глазом.
Используя комбинацию передовой микроскопии и молекулярных методов, разработанных в лабораториях Эллисмана и Марша-Армстронга, они обнаружили, что поврежденные митохондрии в ганглиозных клетках сетчатки выделяются в ONH, где аксоны ганглиозных клеток выходят из глаза, образуя зрительный нерв, ведущий к мозгу. Эти митохондрии были захвачены и разложены соседними астроцитами, наиболее распространенной формой глиальных клеток в нервной системе позвоночных и единственной клеткой, которая связывает нервные клетки и кровоснабжение мозга.
Открытие опровергает распространенное мнение о том, что все клетки изнутри изолируют, разлагают и удаляют поврежденные материалы – процесс, широко известный как аутофагия (по-гречески «самопоедание»). Когда в процессе участвуют митохондрии, это называется митофагией.
Процесс, описанный Марш-Армстронг, Эллисман и его коллегами, получил название «трансмиттофагия»."
Удивительные результаты все еще оставляют вопросы, на которые нужно ответить. Например, митохондрии, удаленные в ONH, происходят только от населения, проживающего в длинных проводящих нервных волокнах от глаза к мозгу, или некоторые из них активно транспортируются из самой сетчатки??
Эллисман сказал, что результаты потенциально могут улучшить понимание – и, возможно, в конечном итоге лечение – различных расстройств. "Митохондрии играют важную роль в здоровье аксонов, которые имеют фундаментальное значение для соединения нейронов и передачи информации.
Дальнейшее изучение того, что происходит при трансмиттофагии, и того, способствуют ли дефекты этого феномена дисфункции или заболеванию нейронов, должно стать приоритетом."
Финансирование этого исследования частично было предоставлено Национальными институтами здравоохранения (гранты R01 EY022680 и R01 EY019960), Международным фондом исследований сетчатки глаза, Фондом исследований глаукомы, Фондом Melza M. и Фонд Фрэнка Теодора Барра, Национальный центр исследовательских ресурсов (грант 5P41RR004050), Национальный институт по изучению злоупотребления наркотиками, проект человеческого мозга (грант DA016602), Национальный институт общих медицинских наук (гранты 5R01GM82949 и 5P41GM103412-25), грант на обучение NIGMS 5T32GM07814 и Национальный научный фонд (грант DGE-1232825).