Ученые обнаружили, что нарушение деятельности клеток мозга при недостатке кислорода, как это ни удивительно, вызвана той же самой системой клеток мозга, которая предназначена для их защиты.
С появлением насыщенной кислородом атмосферы стало возможно появление многоклеточной жизни, поскольку кислород можно было использовать для производства энергии, необходимой для поддержания сложных жизненных функций. Учитывая потребность в кислороде для жизни, почти все организмы развили механизм быстрого реагирования на низкий уровень кислорода—состояние, называемое гипоксией. Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена в 2019 году за открытие, показывающее, каким образом клетки нашего тела ощущают низкий уровень кислорода и реагируют на то, чтобы остаться в живых.
В основе этого древнего ответа лежат специальные белки, которые заставляют клетку минимизировать потребление кислорода и максимизировать свой доступ к кислороду. Таким образом, эти белки можно рассматривать как инструмент, защищающий и реанимирующий клетки в его непосредственной реакции на возникновение низкого уровня кислорода.
Длительная гипоксия вызывает дисфункцию многих тканей. В частности, стволовые клетки головного мозга нарушаются при гипоксии при многих заболеваниях, включая инсульт, детский церебральный паралич, связанный с преждевременными родами, респираторные дистресс-синдромы, рассеянный склероз и сосудистое слабоумие. Даже значительные неврологические повреждения, вызванные COVID-19, объясняются гипоксией.
До сих пор точные причины сбоев в работе клеток из-за недостатка кислорода были неизвестны.
Ученые разработали новый подход к тщательному изучению того, как функционируют белки-ответчики на гипоксию. Сравнивая то, как они работают в стволовых клетках головного мозга с другими тканями, такими как сердце и кожа, было подтверждено, что белки-ответчики на гипоксию выполняют полезную функцию, способствуя выживанию клеток при низком содержании кислорода во всех тканях.
Однако те же самые белки-ответчики на гипоксию имели ранее недооцененную негативную реакцию: они включали другие клеточные процессы за пределами основной положительной реакции.Эта дополнительная—и ранее неизвестная—реакция и является тем, что нарушает функцию стволовых клеток мозга.
Это говорит о том, что, в то время как белки-ответчики на гипоксию эволюционировали, чтобы способствовать выживанию клеток во всех тканях организма в условиях низкого содержания кислорода, их мощные эффекты могут одновременно иметь и непреднамеренные последствия для нарушения функции клеток.
Ученые протестировали тысячи препаратов, чтобы попытаться восстановить функцию стволовых клеток головного мозга, чтобы преодолеть повреждающее действие белков-ответчиков гипоксии.
Одним из перспективных направлений, вытекающих из этого исследования, является выявление учеными лекарств, специально нацеленных на минимизацию влияния негативной реакции гипоксии, сохраняя при этом полезную реакцию белков-ответчиков на гипоксию.
