Процес мієлінізації — утворення захисної електроізолюючої оболонки навколо нервових волокон (аксонів) — фундаментальна умова для нормального розвитку рухових та когнітивних функцій.
Давно відомо, що мієлін формується в різних зонах мозку нерівномірно: одні ділянки покриваються ним ще в процесі внутрішньоутробного розвитку, інші — значно пізніше. Проте біологічні тригери, які визначають цей просторово-часовий графік, тривалий час залишалися загадкою. Нове дослідження фахівців із Центру передових наукових досліджень Градуального центру CUNY (США) довело, що звичайні коливання рівня глюкози в тканинах мозку працюють як інструктивний метаболічний перемикач, який буквально віддає команди мієліноутворювальним клітинам-попередникам олігодендроцитів (OPC), коли потрібно активно ділитися, а коли — зупинятися й починати будувати мієлін.
Розкрити цей механізм допомогла серія експериментів на моделях мозку мишей. За допомогою мас-спектрометричної візуалізації (MALDI-MSI) вчені вперше детально картували розподіл концентрації глюкози в різних структурах мозку на ранніх етапах онтогенезу. Ця карта показала чітку закономірність: локальний рівень глюкози безпосередньо диктує поведінку клітин OPC. У зонах із високою концентрацією глюкози клітини-попередники активно проліферували, нарощуючи свій пул. Навпаки, у регіонах із низьким вмістом глюкози OPC негайно припиняли поділ і запускали диференціацію — процес перетворення на зрілі олігодендроцити, здатні продукувати мієлін.
Автори роботи виділили критичні чинники цього процесу. Головну роль в ньому відіграє фермент АТФ-цитратліаза (ACLY), що діє як сенсор – коли глюкози багато, ACLY перетворює похідний від неї цитрат на ацетил-CoA безпосередньо в ядрі клітини. Цей ядерний ацетил-CoA стає паливом для ацетилювання гістонів (особливих білків, на які намотана ДНК). Ацетилювання розгортає хроматин і «вмикає» гени, що відповідають за поділ клітин.
Коли дослідники видалили фермент ACLY генетичним нокаутом, OPC втратили здатність ділитися, що призвело до тимчасового дефіциту мієліну через малу кількість клітин. Проте самі олігодендроцити все одно продовжували дозрівати, використовуючи обхідний шлях: вони синтезували ацетил-CoA поза ядром з альтернативних джерел енергії, таких як кетонові тіла. Ця метаболічна гнучкість виявилася більшим, ніж просто біохімічним курйозом: коли мишей із дефіцитом ACLY перевели на кетогенну дієту, мієліновий дефіцит у них зменшився.
Проаналізований вченими віконний період розвитку мишей біологічно відповідає 32–40 тижням гестації у людей — критичному етапу, коли недоношені немовлята є максимально вразливими до пошкоджень білої речовини мозку. Отримані дані відкривають революційні перспективи для неонатології та лікування демієлінізуючих хвороб, таких як розсіяний склероз.
«Наше дослідження доводить, що одна і та сама клітинна лінія здатна абсолютно по-різному інтерпретувати метаболічні сигнали на різних стадіях свого розвитку. Глюкоза для мозку — це не просто пасивне паливо, це потужний регуляторний сигнал. Розуміючи, як саме рівень глюкози та альтернативні джерела енергії (наприклад, ті ж кетонові тіла) керують балансом між проліферацією клітин та безпосереднім формуванням мієліну, ми отримуємо принципово нові клінічні інструменти. Своєчасна й точна нутритивна та метаболічна підтримка немовлят груп ризику допоможе зберегти клітини-попередники, захистити білу речовину від травм та запустити природні процеси регенерації мієлінової оболонки там, де вона була зруйнована хворобою», — зазначили автори роботи.