パワーアップ: 成長中のニューロンは大きな代謝変化を経験します

パワーアップ: 成長中のニューロンは大きな代謝変化を経験します

発達中の脳細胞がどのようにして酸素に依存するようになるのかについての新たな理解は、脳疾患の治療に役立つ可能性がある

ラホヤ—私たちの脳は、酸素がなければ数分間しか生きられません。 ソーク研究所の研究者らは、神経細胞がエネルギー源として酸素に依存するようになる、発達中のニューロンにおける劇的な代謝変化のタイミングを特定した。

調査結果は12月XNUMX日にジャーナルに掲載された eLife、がんや神経変性疾患でうまくいかないと考えられている代謝経路を明らかにします。 アルツハイマー病およびパーキンソン病.

「ニューロンの代謝がどのようにして最初に確立されるのかについては、比較的ほとんど理解されていません」と共同上級著者は言う トニーハンター、レナト・ダルベッコ委員長の保持者であり、ソークの分子細胞生物学研究所の米国癌協会教授。 「この研究により、ニューロンの発達におけるこのプロセスを理解できるようになるだけでなく、神経変性疾患についてもより深く理解できるようになります。」

ニューロンに沿ってメッセージを送信するにはエネルギーが必要で、脳は酸素とブドウ糖の両方を大量に使用します。 たとえば、脳は体のブドウ糖供給量の 20 パーセントを使用します。 ミトコンドリアと呼ばれる細胞のエネルギー生産工場は、細胞のすべての部分にエネルギーを一定に供給するために、ニューロンの細長い軸索全体に点在しています。 新しい研究によると、ニューロンが大きくなるにつれて、ミトコンドリアの数も増加します。

私たちは子宮内で新しいニューロンを作り、このプロセスは出生後も続きます。 成人の脳の一部の領域であっても、生涯を通じて新しいニューロンを作り続けます。 「この新しい研究で説明した代謝変化は、前駆細胞がニューロンに変化するたびに起こると考えられています」と、この研究の筆頭著者であるソーク研究員のシンデ・ジェン氏は言う。

最終的にニューロンになる細胞は、最初は解糖と呼ばれる経路を使用します。これは、細胞の細胞質で起こり、グルコースをアデノシン三リン酸 (ATP) の形のエネルギーに変える主要なエネルギー生成プロセスです。 しかし、ある時点で、細胞は酸化的リン酸化と呼ばれるより効率的な経路に切り替わります。このプロセスは、酸素を使用して ATP を生成し、ミトコンドリア内で発生します。

Hunter、Zheng、Salk の Leah Boyer らは以前、リー症候群と呼ばれる稀な代謝疾患を研究しており、 罹患したニューロンではATPの生成が少ないことを示す最近発表された研究。 この病気を理解する過程で、ミトコンドリア内に含まれる DNA に変異がある細胞を使用して、皿の中でそれを再現する必要がありました。 しかし研究チームは、正常に分裂している細胞が分裂して新しい細胞型に分化する際にどのようにしてエネルギーを生成するのかが十分に理解されていないことに気づいた。

新しい研究で、ハンターのチームは、ニューロン前駆細胞がニューロンになるにつれて、解糖に使用される主要な代謝酵素をコードする遺伝子がその発現をオフにすることを発見した。 これらの変化は、解糖を停止するために連携して機能します。 その間も常に、酸化的リン酸化の主要な調節因子が増加しています。

最も驚くべきことは、発達中のニューロンが解糖を完全に停止しなければならないことだ、とハンター氏は言う。 研究者らがそれが起こるのを防ぐと、ニューロンはすぐに死滅した。

「これは、ニューロン分化中の代謝変化についての初めての包括的な解析であり、ニューロンが唯一のエネルギー源として酸化的リン酸化に驚くべき依存性を持っていることは、加齢に伴うニューロンの脆弱性に明らかな影響を及ぼしている」と共同上級研究者は述べている。 ラスティ・ゲージ、ソーク遺伝学研究室の教授であり、加齢に伴う神経変性疾患研究のヴィ・アンド・ジョン・アドラー・チェアの保持者。

同グループは、発生中の細胞において代謝遺伝子がどのように制御されているかをさらに詳しく調べる予定だ。 彼らはまた、パーキンソン病などの疾患に関連するエネルギー欠陥を抱えるニューロンや、代謝のより微細な違いを比較するためにさまざまな種類のニューロンを研究することも計画している。

この研究の他の著者は、ソーク研究所のミンジ・ジン氏、ジェローム・メルテンス氏、ヨンソン・キム氏、リー・マー氏、リー・マー氏、マイケル・ハム氏です。

この研究は次の支援を受けました。 国立衛生研究所 G. ハロルド & レイラ Y. マザーズ慈善財団 JPB財団 レオナM.とハリーB.ヘルムズリー慈善信託、アネット・マール＝スミス カリフォルニア再生医療研究所 ヘルムスリーゲノム医学センター.