Раскрыты нарушения в обмене веществ в нейронах людей с синдромом Дауна

"Мы использовали разработанную нами методику флуоресцентной микроскопии для неинвазивных наблюдений за метаболизмом нервных клеток с лишней 21-й хромосомой. Эти опыты впервые показали, что нейроны людей с синдромом Дауна получают энергию посредством гликолиза, тогда как в здоровых нервных клетках это происходит в результате кислородного окисления сахаров", - пишут исследователи.

Синдром Дауна - самая распространенная причина развития слабоумия и прочих проблем с работой мозга человека. Все нарушения в умственном развитии у его носителей возникают по той причине, что в их ДНК содержится не две, а три копии 21-й хромосомы. В результате этого нарушается работа генов, отвечающих за формирование и работу мозга, из-за чего их носители отстают от сверстников в умственном развитии с самых первых дней жизни.

Группа российских ученых под руководством заведующей лабораторией в Приволжском исследовательском медицинском университете (Нижний Новгород) Александры Кашиной впервые детально изучила то, к каким сбоям в работе метаболизма нервных клеток приводит появление лишний копии 21-й хромосомы у носителей синдром Дауна.

Нарушения метаболизма

Для получения подобных сведений исследователи создали метод флуоресцентной микроскопии, который позволяет в режиме реального времени наблюдать за тем, как протекает обмен веществ внутри живых клеток. Для этого ученые встроили в геном нейронов особый участок ДНК, ген SypHer-2, заставлявший их производить белковые молекулы, характер свечения которых сильно меняется при изменениях в кислотно-щелочном балансе окружающей среды.

Используя эти клетки, ученые вырастили два набора сферических конструкций, состоявших из нейронов с нормальным или дефектным набором хромосом. После этого Кашина и ее коллеги поместили эти культуры под флуоресцентный микроскоп и начали наблюдать за тем, как протекал обмен веществ в этих культурах нейронов.

Эти замеры показали, что нервные клетки людей с синдромом Дауна получали энергию преимущественно в результате гликолиза, энергетически неэффективной реакции расщепления сахара, при этом уровень pH внутри них был избыточно-щелочным. Это говорит о серьезных сбоях в работе митохондрий, клеточных энергостанций, которые отвечают за кислородное окисление питательных веществ в здоровых нейронах.

Раскрытие этих нарушений, как надеются ученые, приблизит нейрофизиологов и медиков к пониманию того, как можно подавить последствия развития синдрома Дауна, а также различных нейродегенеративных заболеваний, в том числе болезни Альцгеймера, вызывающих схожие перемены в характере обмена веществ в нервных клетках.