Нейронные синапсы в мозге берут энергию для работы не только из углеводов, но и из жиров-триглицеридов.

Все знают, что мозг очень любит углеводы и, в частности, глюкозу. Углеводы вообще удобный источник энергии для любых клеток, и мозг, как чрезвычайно энергоёмкий орган, поглощает в среднем около 20% углеводных ресурсов, преимущественно в форме глюкозы, которыми располагает организм. Но это не значит, что одной глюкозы мозгу достаточно.

Микрофотография нейронов с окрашенными липидными каплями. (Фото: Ryan lab, Weill Cornell Medicine)

Сотрудники Корнеллского университета и их коллеги из Йеля изучали механизмы спастической спинальной параплегии – неврологического заболевания, которое начинается с разрушения нервных волокон, управляющих различными мышцами. Известно, что спастической спинальной параплегии часто сопутствуют мутации в гене DDHD2, который кодирует одну из фосфолипаз – фермент, расщепляющий жиры-триглицериды, которые образованы молекулой глицерола с присоединёнными к ней жирными кислотами. Фермент DDHD2 специфичен для нейронов, и более ранние эксперименты показали, что если его блокировать, в клетках мозга начнут накапливаться жировые капли. Обычно таких капель в нейронах не замечают, зато они есть в других типах клеток, которые таким образом запасаются энергией на чёрный день.

Новые эксперименты показали, что если липаза DDHD2 не работает, липидные капли начинают расти в нейронных синапсах; если же DDHD2 работает, эти капли рассасываются. Жиры-триглицериды из синаптических капель под действием DDHD2 отправлялись в реакции β-окисления. Так называют метаболический процесс деградации жирных кислот, который происходит в митохондриях или в специальных органеллах пероксисомах. В любом случае β-окисление сопровождается синтезом АТФ, то есть клетка в этих реакциях добывает из жирных кислот энергию и запасает её в удобной для себя форме. Прежде считалось, что в нейронах β-окисление не идёт, подтверждением чему было отсутствие у них липидных капель с запасами жира. Но, видимо, капли эти отсутствовали потому, что их просто не успевали заметить – всё-таки энергии нейронам нужно много. Исследователи также показали, что расход жировых капель зависит от активности нервных клеток – чем активнее  работали нейроны, тем активнее расходовались жиры-триглицериды.

В другом эксперименте в мышиных нейронах подавляли фермент карнитин-пальмитоилтрансферазу I, которая помогает переносить жирные кислоты в митохондрии. Когда карнитин-пальмитоилтрансфераза I отключалась, липидные капли в нейронных синапсах начинали расти, очевидно, потому, что липиды из них было невозможно направить в митохондриальную метаболическую топку. Одновременно мыши становились вялыми, у них замедлялся сердечный ритм, падала температура, и они впадали в спячку-торпор. Можно предположить, что мозг, чьи нейроны не получали достаточно энергии из-за заблокированного β-окисления жирных кислот, погружал организм в состояние, когда энергии требуется мало, как если бы мышь оказалась в неблагоприятных экологических условиях.

В целом результаты говорят о том, что для мозга липиды важнее, чем о них было принято думать, в том числе и с энергетической точки зрения. Возможно, новые данные пригодятся в лечении психоневрологических заболеваний, и не только спастической спинальной параплегии, но и других расстройств, затрагивающих метаболизм нервных клеток.

Результаты исследований опубликованы в Nature Metabolism