Накопление железа в мозге способствует нейродегенерации

Нейродегенеративные заболевания поражают десятки миллионов людей во всем мире. Среди них наиболее распространены болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона; только в Соединенных Штатах, по данным Ассоциации по борьбе с болезнью Альцгеймера и Фонда Паркинсона, около 7 миллионов человек страдают болезнью Альцгеймера и еще миллион – болезнью Паркинсона. Интригующий ключ к разгадке кроется в запутанной загадке нейродегенерации, которую ученые пытаются разгадать: накоплении железа.

Ученые заметили, что железо может медленно накапливаться внутри нейронов. В раннем возрасте это накопление железа практически не влияет на работу нейронов. Однако с возрастом оно может привести к постепенному отмиранию нейронов. Исследователи из Института биологических исследований Солка изучали нервные клетки, чтобы выяснить, связано ли и каким-либо образом это накопление железа с нейродегенеративными заболеваниями. Они обнаружили, что избыток железа, скопившегося в нейронах, снижает защитные функции клеток, делая их более уязвимыми к стрессовым факторам и другим клеточным повреждениям в результате процесса, который они назвали хроноферроптозом.

Исследование, опубликованное в журнале Обнаружение гибели клеток (Cell Death Discovery), указывает на накопление железа как ключевую цель в усилиях по прогнозированию, профилактике и лечению нейродегенеративных заболеваний.

“Когда речь заходит о болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных расстройствах, широко обсуждаемой темой стала устойчивость, поскольку мы пытаемся сделать мозг более устойчивым к стрессовым факторам, способствующим нейродегенерации”, – говорит доктор Пэм Махер, профессор-исследователь в Институте биологических исследований Солка. “Наше исследование показывает, что клетки теряют устойчивость, когда уровень железа достигает определенного значения, что делает нейроны более восприимчивыми к стрессовым факторам, которые повреждают их или даже приводят к их гибели”.

Что нам уже известно о том, как организм использует железо, и связано ли это с нейродегенеративными заболеваниями?

Железо – важнейший минерал для здоровья организма. Оно содержится в тёмно-зелёной листовой зелени, крахмалистых злаках, постном мясе, морепродуктах и ​​других распространённых продуктах. Железо помогает вырабатывать эритроциты, переносит кислород по организму, участвует в выработке гормонов и во многом другом – от работы иммунной системы до выработки энергии.

“Это один из самых важных минералов в организме”, – говорит соавтор исследования доктор Наваб Джон научный сотрудник лаборатории Махера. “Поэтому проблема с возрастом заключается не в самом железе, а в его накоплении с течением времени”.

Хотя точные механизмы, приводящие к накопление железа в нейронах, до сих пор не изучены, команда ученых из Института биологических исследований Солка предполагает, что это происходит из-за сбоя в механизмах выведения железа из клеток: железо поступает в нейроны как обычно, но не удаляется после использования. Однако этот сбой не влияет на нейроны в течение довольно длительного времени. Вопрос в том, почему.

“Люди проводили эксперименты, изучая влияние воздействия железа на клетки в течение коротких промежутков от 24 до 48 часов”, – объясняет Дар. “Но если нейродегенеративные расстройства прогрессируют, то не должна ли существовать и клеточная модель, которая тоже будет прогрессировать?”

Действительно ли накопление железа снижает устойчивость нейронов?

Используя линию нервных клеток, полученную от человека, команда исследователей создала первую прогрессивную модель накопления железа в клетках нейронов. Они сравнили эффекты как острого (от шести до восьми часов), так и хронического (девять дней) воздействия железа. В результате они обнаружили совершенно новый механизм, который назвали хроноферроптозом.

Махер изучает ферроптоз на протяжении десятилетий. До сих пор считалось, что ферроптоз – это железозависимый механизм гибели клеток, который зависит от процесса, называемого перекисным окислением липидов. “Это своего рода клеточный эквивалент порчи растительного масла или орехов. Жиры в масле или орехах подвергаются перекисному окислению”, – объясняет Махер.

Хроноферроптоз увеличивает время ферроптоза. К удивлению исследователей, этот процесс не обязательно заканчивается гибелью клеток. Напротив, результаты показывают, что ферроптоз может выступать в качестве механизма клеточного стресса.

“Мы считаем, что эти скоординированные изменения в белках, участвующих в метаболизме железа и антиоксидантной защите, делают хронически подверженные воздействию вещества нейроны уязвимыми для нейродегенеративной патологии”, – говорит Дар. “Переход в состояние хроноферроптоза может привести к возрастным нарушениям в работе нейронов”.

Каким образом хроноферроптоз может повлиять на лечение нейродегенеративных заболеваний?

Создав первую прогрессивную модель накопления железа в нейрональных клетках, исследователи смогли обнаружить удивительные новые ключи к разгадке проблемы нейродегенерации. “Не количество железа определяет судьбу этих клеток, – говорит Дар, – а время, в течение которого они находятся в состоянии стресса”.

Возможно, однажды ученые смогут определить, когда мозг начинает переходить в это уязвимое состояние, когда накопление железа начинает оказывать стрессовое воздействие на нейроны. Тогда они смогут разработать новые методы лечения, направленные на устранение дисбаланса железа и поддержание устойчивости нейронов в течение более длительного времени.

“В этой статье мы не рассматривали этот вопрос, но наша лаборатория разработала несколько соединений, которые ингибируют этот процесс, – говорит Махер. “Это действительно может стать многообещающим терапевтическим методом для повышения устойчивости нейронов и предотвращения нейродегенерации с возрастом”.