Нервные клетки покрывают свои высокие потребности в энергии за счет глюкозы и лактата. Ученые из Цюрихского университета теперь подтверждают это. Они впервые демонстрируют в интактном мозге мыши доказательства обмена лактатом между различными клетками мозга. С помощью этого исследования они смогли подтвердить гипотезу 20-летней давности.
По сравнению с другими органами мозг человека имеет самые высокие потребности в энергии. Энергоснабжение нервных клеток и особая роль молочной кислоты (лактата) являются предметом интенсивных исследований в течение многих лет. Гипотеза из постулатов 1990-х годов о том, что хорошо организованное сотрудничество между двумя типами клеток, астроцитами и нейронами, является основой энергетического метаболизма мозга.
Астроциты производят лактат, который поступает к нейронам для удовлетворения их высоких энергетических потребностей. Из-за отсутствия экспериментальных методов оставалось неясным, существует ли обмен лактатом между астроцитами и нейронами. Группа профессора Бруно Вебера из Института фармакологии и токсикологии теперь показывает, что существует значительный градиент концентрации лактата между астроцитами и нейронами.
Транспорт лактата зависит от концентрации
Вход и выход лактата в клетки тела и из них зависят от концентрации и опосредуются специфическим транспортером лактата (называемым транспортером монокарбоксилата или MCT). Типичное свойство некоторых белков-транспортеров называется трансускорением. "MCT можно представить как вращающиеся двери в торговом центре, которые начинают поворачиваться быстрее, когда все больше людей входят или выходят," объясняет Бруно Вебер, профессор мультимодальной экспериментальной визуализации в Цюрихском университете. Исследователи использовали это свойство и ускорили "вращающиеся двери." Увеличивая концентрацию внеклеточного пирувата, они стимулировали внешний транспорт лактата. Интересно, что уровень лактата изменился только в астроцитах, но не в нейронах. На основании этого открытия и результатов нескольких контрольных экспериментов был подтвержден четкий градиент лактата между астроцитами и нейронами. "В связи с тем, что транспорт лактата МСТ является пассивным транспортом, такая разница концентраций является необходимым условием для присутствия потока лактата," говорит Бруно Вебер.
Ученые использовали новый флуоресцентный белок, который связывает лактат, тем самым изменяя количество света, выделяемого флуоресцентной молекулой. Таким образом они могли измерить концентрацию лактата в отдельных клетках. "Мы экспрессировали датчик лактата в астроцитах или нейронах мозга анестезированных мышей и измеряли изменения флуоресценции с помощью специального двухфотонного микроскопа," объясняет Бруно Вебер.
Спустя более 20 лет после формулировки гипотезы о том, что нейроны метаболизируют лактат, исследователи сделали важный шаг ближе к окончательному доказательству этой гипотезы. Бруно Вебер завершает свое выступление, заявляя, что "Многочисленные заболевания головного мозга связаны с метаболическим дефицитом. Это подчеркивает важность точного понимания процессов, способствующих энергетическому метаболизму мозга на клеточном уровне."