Ученые РАН показали роль одной из основных сигнальных молекул в восстановлении мозга
Специалисты Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (ИБХФ РАН) изучили роль сигнальной молекулы сфингозин-1-фосфата (S1P) в процессах восстановления нервной ткани и предложили целостный подход к их регулированию. Результаты работы позволяют рассматривать метаболизм S1P как один из важных регуляторов восстановительных процессов в мозге взрослого организма.
Липиды (жиры) играют не только запасающую (энергетическую) и строительную роль в клетках, но и выполняют особую функцию регуляции различных биологических процессов в клетках, в том числе и в клетках головного мозга (нейронах и клетках глии: астроцитах, микроглии, олигодендроцитах и т.д.). Одно из таких липидных соединений — сфингозин-1-фосфат (S1P), который может действовать как внутри клетки, так и оказывать внеклеточное действие.
Сфингозин-1-фосфат как сигнальная молекула внутри клетки запускает каскады реакций, регулирующих рост, миграцию клеток, воспаление, ангиогенез и другие процессы в головном мозге. После транспортировки во внеклеточное пространство S1P связывается с пятью специфическими рецепторами S1P1-5, которые, в свою очередь, влияют на множество процессов в мозге, в том числе образование синапсов, нейротрансмиссию, нейрогенез, пролиферацию и миграцию клеток, а также на регуляцию гематоэнцефалического барьера. Таким образом S1P вовлечен в обеспечение деятельности мозга и поддержание его гомеостаза.
Долгое время считалось, что возможности восстановления мозга взрослого человека крайне ограничены. Однако исследования последних десятилетий показали, что нервная ткань сохраняет способность к обновлению на протяжении жизни. В частности, в мозге продолжается образование новых нейронов и клеток глии, а восстановительные процессы обеспечиваются взаимодействием нервных стволовых клеток, клеточного окружения и кровеносной системы.
Авторы провели масштабный обзор научных данных о роли S1P в восстановлении нервной ткани и показали, что эта сигнальная молекула, участвующая в работе клеток мозга, может быть задействована сразу в нескольких процессах восстановления нервной ткани — образовании новых нейронов, восстановлении защитной оболочки нервов — миелина — и росте кровеносных сосудов.
В частности, в исследовании показано, что сигнальная ось сфингозин-1-фосфата и его рецепторов (S1P/S1PR) участвует во всех этапах нейрогенеза — от пролиферации нейтральных стволовых клеток до интеграции зрелых нейронов. Эта тонко настроенная регуляция происходит как напрямую, через активацию внутриклеточных сигнальных путей в самих клетках-предшественниках, так и опосредованно, через модуляцию микроокружения нейрогенной ниши. Участие в регулировании всех этапах нейрогенеза известно, например, для белков-нейротрофинов, однако для S1P оно было показано впервые.
«Нами впервые предложен целостный подход к проблеме регуляции репаративных процессов в мозге взрослого организма, включая нейрогенез, олигодендрогенез и ангиогенез. Выдвинута гипотеза о комплексной роли S1P в регуляции нейрогенной ниши, о влиянии S1P на все ее компоненты: как на сами нервные стволовые клетки, так и на клеточное (астроциты, микроглия, эпендима и эндотелиальные клетки) и молекулярное (нейротрофины) окружение. Показывают свою целесообразность поиск и разработка фармацевтических препаратов на основе метаболизма S1P для лечения патологий центральной нервной системы, связанных с нарушением регенеративных процессов. Тем не менее, многие молекулярные механизмы регуляции S1P репаративных процессов взрослого мозга еще нуждаются в экспериментальном подтверждении», – рассказала один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории химической физики биоаналитических процессов ИБХФ РАН, кандидат биологических наук Ульяна Гутнер.
По мнению ученых, новый взгляд на роль S1P в репаративных процессах в центральной нервной системе открывает перспективы для применения и разработки фармакологических препаратов, модулирующих метаболизм S1P. Например, уже применяемый в лечении рассеянного склероза препарат финголимод, метаболический предшественник сфингозин-1-фосфата, и его аналоги — сипонимод, озанимод и другие, могут быть рассмотрены в качестве стимуляторов нейрогенеза при нейродегенеративных заболеваниях: болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и т.д.