Дослідження Інституту Бака пропонує пояснення переваг дієти на нейрональному рівні

Дослідження Інституту Бака (США) пропонує пояснення переваги голодування на нейрональному рівні. Дослідники використовували личинки плодових мух, щоб виявити наявність молекулярного шляху, який реагує на дефіцит поживних речовин і зменшує активність синапсів у місцях з'єднання нейронів і м'язових клітин, як це детально викладено в статті, опублікованій у "Нейроні".

Інституту Бака

"З одного боку, наші висновки можуть здатися неінтуїтивними, оскільки ми завжди вважаємо голодування корисним, і тут ми виявили, що блокує природну нервову активність -відзначає провідний автор і професор Інституту Бака Пеймун Хагігі. З іншого боку, ми вважаємо, що могли б відповісти на питання, чому піст корисний. Можливо, добре, що коли немає поживних речовин, організм зменшує вивільнення нейромедіаторів і, отже, заощадити значну частину загальних витрат енергії ".

Крім того, додає Хагі, нейротрансмісія вимагає постійної оркестрації етапів передачі сигналу, і цей стрес може призвести до накопиченого пошкодження нейронів. "Наші висновки свідчать про те, що одна з причин посту є корисною дає нервовій системі перерву і заспокоює ситуацію", аргументує.

Зниження синаптичної активності відбулося протягом трьох годин після виведення поживних речовин з їжі у личинок, і пригнічення було вираженим, зменшуючи активність вдвічі. "Це справді дивно, що зміна споживання поживних речовин може настільки різко вплинути на активність нейронів за такий короткий проміжок часу", - говорить співавтор Грант Кауве, докторант з лабораторії Хагігі.--. Це показує, як швидко можуть відбутися зміни, спричинені голодуванням ".

Дослідники задавались питанням, як довго обмеження калорій подовжує тривалість життя та затримує вікові захворювання у ряду видів, але поштовхом для проведення цього дослідження є багаторічний інтерес Хагігі до розуміння молекулярних механізмів, що регулюють вивільнення нейромедіаторів у синапсах. Зокрема, він зосередився на явищі називається синаптичним гомеостазом, який є способом нейронних ланцюгів зберігати активність у заданому діапазоні для забезпечення стабільного та надійного спілкування.

У 2012 році команда Хагігі опублікувала статтю, в якій показано, що синаптичний гомеостаз контролюється ферментом, мішенню рапаміцин (TOR), який відіграє вирішальну роль у регулюванні життя в широкому діапазоні організмів - від дріжджів до мишей. Схід виявлення пов’язаного на молекулярному рівні способу взаємодії нервової системи та регулювання строку корисного використання.

TOR відіграє багато ролей, але одне з його основних завдань - функціонувати як ключ, який послаблює та посилює контроль синтезу білка у відповідь на їжу, зокрема наявність амінокислот. Хоча попередні дані свідчили про те, що голодування впливає на активність нейронів і вивільнення нейромедіатора, Хагігі зрозумів, що жодне дослідження не пов'язувало відому здатність TOR регулювати поживні речовини та тривалість життя до ролі TOR у синаптичному гомеостазі.

Щоб визначити молекулярні деталі того, як виснаження поживних речовин впливає на функцію синапсів, команда поєднала свої генетичні та молекулярні інструменти з візуалізацією та електрофізіологічними методами, щоб побачити, що сталося, коли склад їжі личинок дрозофіли змінився. На базовому рівні їх експерименти фіксували нервову активність у м'язах, пояснює Кауве. Синапс між нейроном і м’язом - нервово-м’язовий зв’язок-- личинки плодової мухи виявляється гарною моделлю для вивчення загальної роботи нервової системи, які можна застосовувати до інших організмів, включаючи людей.

Команда розпочала з обмеження білка в харчуванні личинок, оскільки обмеження білка, як відомо, зменшує активність TOR. Дивно, але вони виявили, що на синаптичний гомеостаз дієти не впливають, незважаючи на нижчу активність TOR, але тимчасова елімінація їжі, яка називається гострим голодуванням, повністю пригнічує синаптичний гомеостаз протягом декількох годин.

Подальші експерименти команди генетично показали це була додаткова відповідь фактора транскрипції -Foxo - що, в свою чергу, покращує транскрипцію одного з поступальних регуляторів: 4E-BP. Крім того, баланс між TOR та 4E-BP контролює стабільність синапсу.

Стабільність є ознакою здорових нервових ланцюгів, і її порушення у вигляді посиленої активності в синапсі може призвести до нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Паркінсона, Альцгеймера, шизофренія або епілепсія. "Ми могли б мати реальне уявлення про переваги гасіння синаптичної активності, спричиненої голодуванням", - говорить Хагігі, наводячи як приклад, як голодування може бути корисним для хворих на епілепсію, у кого можуть спостерігатися зменшені напади через обмеження калорій.