Impactul glucozei asupra dezvoltării mielinei prin semnalizare metabolică
Cercetătorii de la Advanced Science Research Center de la CUNY Graduate Center au descoperit o legătură surprinzătoare între nivelurile scăzute de glucoză din creier și dezvoltarea mielinei, învelișul protector care permite comunicația rapidă și eficientă între celulele nervoase.
Studiul, care urmează să fie publicat în revista Nature Neuroscience, arată că abilitatea celulelor asemănătoare stem de a detecta glucoza în timpul dezvoltării timpurii le ajută să decidă dacă ar trebui să se înmulțească și să rămână nediferențiate sau să se maturizeze în celule care formează mielină, influențând astfel dezvoltarea creierului.
Mielina este membrana celulelor specializate numite oligodendrocite, care derivă din celule progenitoare cunoscute sub numele de celule progenitoare oligodendrocyte (OPCs). Procesul de mielinizare începe înainte de naștere și continuă până în adolescență, susținând etape critice de dezvoltare precum șezutul, târârea, mersul și vorbirea.
Cercetătorii au studiat de mult timp de ce mielina se formează la momente diferite în diferite regiuni ale creierului. Echipa de la CUNY ASRC a descoperit că schimbările locale în glucoză, principalul sursă de energie a creierului, acționează ca un semnal care dirijează comportamentul în timpul dezvoltării.
Folosind tehnologia avansată de la CUNY ASRC MALDI Imaging Core Facility, cercetătorii au cartografiat nivelurile de glucoză din creierele dezvoltative ale șoarecilor. Au constatat că nivelurile de glucoză variază în funcție de regiune și timp. Regiunile cu niveluri mai ridicate de glucoză aveau OPC-uri care se înmulțeau activ, în timp ce regiunile cu niveluri mai scăzute conțineau celule care începuseră să se maturizeze în oligodendrocite producătoare de mielină.
„Descoperirile noastre arată că glucoza nu este doar combustibil pentru creier, ci și un semnal pentru celule să se dividă”, a declarat Sami Sauma, cercetător postdoctoral cu inițiativa de neuroștiință de la CUNY ASRC. „Am constatat că atunci când nivelurile de glucoză sunt ridicate într-o anumită regiune a creierului, progenitorii o folosesc pentru a stimula proliferarea. Pe măsură ce nivelurile de glucoză se schimbă, aceleași celule își schimbă ritmul și încep să se matureze. Este un sistem metabolic frumos coordonat care ajută la modelarea dezvoltării creierului.”
Un rol central în acest proces îl are enzima numită ATP-citrăți liasă (ACLY). ACLY transformă molecule derivate din glucoză în acetil-CoA în nucleul celulei, facilitând modificările chimice ale proteinelor asociate cu ADN-ul care activează genele necesare proliferării celulare.
Când cercetătorii au șters genetic ACLY din OPC-uri, aceste celule nu au mai putut să se înmulțească eficient. Drept urmare, șoarecii au prezentat o reducere temporară a mielinei din cauza unui număr mai mic de celule progenitoare. Cu toate acestea, celulele au putut să se maturizeze în oligodendrocite producătoare de mielină, schimbându-se la surse metabolice alternative.
Echipa a descoperit că, în timp ce celulele progenitoare depind de acetil-CoA derivat din glucoză pentru a se înmulți, oligodendrocitele mature se bazează pe acetil-CoA generat în afara nucleului din alte surse de combustibil, cum ar fi corpurile cetonice, pentru a produce mielină.
Într-adevăr, atunci când șoarecii transgenici care nu aveau enzima ACLY în OPC-uri au fost plasați pe o dietă ketogenică, care crește nivelurile de corpuri cetonice în sânge, deficitele lor de mielină s-au îmbunătățit.
Această cercetare arată că aceeași linie celulară interpretează semnalele metabolice diferite în etape distincte ale dezvoltării. Prin înțelegerea modului în care glucoza și sursele alternative de energie reglează proliferarea și formarea mielinei, descoperim noi strategii metabolice care ar putea fi utilizate pentru a proteja mielina în creierul în dezvoltare și chiar pentru a promova repararea în stări patologice.
Fereastra de dezvoltare studiată în modelele de șoareci corespunde aproximativ 32-40 de săptămâni de gestație umană, o perioadă critică în care nașterea prematură poate duce la leziuni ale materiei albe. Descoperirile sugerează că suportul metabolic în această etapă vulnerabilă ar putea ajuta la protejarea celulelor progenitoare responsabile pentru construirea mielinei.
De asemenea, implicațiile pot extinde la tulburările neurologice caracterizate prin pierderea mielinei la copii și adulți, inclusiv scleroza multiplă. Prin țintirea căilor metabolice care reglează proliferarea celulelor progenitoare și maturarea oligodendrocitelor, cercetătorii ar putea dezvolta noi terapii pentru a îmbunătăți repararea mielinei.
Cercetarea continuă să dezvăluie modul în care metabolismul influențează dezvoltarea creierului, subliniind o influență puternică și potențial modificabilă asupra modului în care creierul își construiește cablajul esențial.
