Инсульт на молекулярном уровне: что повреждается в результате удара
Инсульт в настоящее время является главной проблемой неврологии и занимает второе место в мире в списке причин смертности среди населения. Работа над предотвращением его последствий ведется во многих лабораториях мира. Во Всемирный день борьбы с инсультом, 29 октября, речь пойдет о том, как отследить его последствия на уровне клеток и их частей.
Согласно медицинской статистике, среди всех типов инсульта преобладает ишемический, когда нарушается мозговое кровообращения и повреждаются ткани мозга, это примерно 85% всех случаев. В подобной ситуации клеткам можно помочь, однако для того, чтобы знать, как это делать, нужно подробно отследить изменения на молекулярном уровне. Сегодня это передний край науки, многие гипотезы механизма повреждения клеток пока только проверяются. В частности, ученые активно работают над тем, чтобы понять пути, приводящие к гибели митохондрий — энергетических центров клеток. Именно этот процесс провоцирует инсульт.
Внешние признаки повреждения митохондрий были известны уже 40 лет назад. В митохондрии появляется дырочка, так называемая пора, и через нее начинают проникать любые соединения величиной менее полутора килодальтон (кДа). Это состояние митохондрии обратимо. Иногда баланс веществ вдруг восстанавливается, пора закрывается, и митохондрия функционирует дальше. В обратном случае под действием давления, которое внутри митохондрии очень велико, через пору врывается большой поток веществ, возникает дисбаланс, митохондрия набухает и лопается. В результате запускаются процессы некроза всей клетки — программируемая либо непрограммируемая ее гибель.
Цель ученых состоит в том, чтобы понять, какие вещества или процессы влияют на выравнивание дисбаланса. В этом случае можно будет снабдить клетки нужными соединениями сразу после удара, что предотвратит их гибель.
Кроме того, как известно, в митохондриях происходит синтез аденозинтрифосфата (АТФ) — вещества, которое образуется после превращения пищи в энергию. Это чрезвычайно важный процесс, который обеспечивает жизнеспособность всего организма. При инсульте митохондрии лишаются возможности производить АТФ, потому что им не хватает кислорода и субстратов. Это называется нарушением ионного гомеостаза. Иногда при таком нарушении митохондрии начинают сами поедать произведенный ими АТФ.
После инсульта очень важно то, в каком состоянии находятся митохондрии клеток пострадавшего фрагмента ткани. Через какое-то время может произойти реперфузия — процесс восстановления кровотока, когда к митохондриям снова начинают поступать кровь и субстраты дыхания. По мнению ученых, если повреждение между ишемией и реперфузией незначительно, можно спасти гораздо больше клеток.
Поясняет старший научный сотрудник лаборатории тканевой инженерии Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Алексей Круглов: "Наша работа посвящена исследованию механизма открывания пор. Давно известно, что пиридиновые нуклеотиды, надаш, надфаш, адениновые нуклеотиды, АТФ и АДФ, которые находятся в митоходриальном матриксе, являются мощными регуляторами этого состояния. Причем надаш и надфаш не проникают через мембрану, а АДФ и АТФ проникают. Мы поняли, что именно уровень содержания именно этих нуклеотидов меняется при ишемии или перфузии. Влияя на них, можно было бы "регулировать пору" и таким образом сохранять как митохондрии, так и клетки".
Российские ученые и американский биолог Джон Лемастерс (John Lemasters) уже три года совместно работают над изучением того, как формируются поры в митохондриях, и занимаются поиском веществ, способных затормозить их появление. Если все исследования завершатся удачно, российские биофизики смогут создать первые средства по борьбе с последствиями инсульта.