Платформа для скрининга, описанная в статье в Science Advances, позволяет исследователям впервые быстро протестировать «библиотеки» из тысяч молекул, чтобы найти те, которые обеспечивают широкую защиту митохондрий в нейронах. Митохондрии – это крошечные кислородные реакторы, которые снабжают клетки большей частью своей энергии.
Они особенно важны для здоровья и выживания нейронов. Повреждение митохондрий все чаще признается основным фактором, а в некоторых случаях причиной заболеваний нейрональной дегенерации, таких как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и БАС.
В ходе первоначальной демонстрации своей платформы ученые использовали ее для быстрого скрининга библиотеки из 2400 соединений, из которых они обнаружили более дюжины, которые улучшают здоровье митохондрий нейронов и обеспечивают широкую защиту от стрессов, обнаруживаемых при нейродегенеративных расстройствах.
В настоящее время исследователи тестируют наиболее эффективные из этих митохондрий-протекторов на животных моделях болезни Альцгеймера, бокового амиотрофического склероза и других заболеваний с конечной целью разработки одного или нескольких новых лекарств.
«Это еще не подчеркивалось в поисках эффективных терапевтических средств, но митохондриальная недостаточность – это особенность многих нейродегенеративных расстройств и то, что необходимо исправить, чтобы нейроны выжили», – говорит главный исследователь Рональд Дэвис, доктор философии, профессор кафедры. неврологии в Scripps Research. "Поэтому я твердо верю, что обнаружение молекул, защищающих митохондрии, – это способ борьбы с этими заболеваниями."
Ученые в предыдущих исследованиях разработали экраны для молекул, которые могут улучшить функцию митохондрий, но только сосредоточив внимание на митохондриях в клетках за пределами мозга.
Система скрининга, которая измеряет состояние митохондрий в зрелых нейронах, требует культур таких нейронов, которые относительно сложно поддерживать – отчасти потому, что они не делятся, чтобы образовать новые нейроны. Однако Дэвис был убежден, что только этот более сложный подход, которого избегали другие, в том числе исследователи-фармацевты, позволит открыть соединения, которые защищают клетки мозга, защищая их митохондрии.
Система скрининга, разработанная Дэвисом и его командой, использует культивированные нейроны из мозга мышей, в которых митохондрии помечены флуоресцентными метками. Сложная визуализация с помощью микроскопа и полуавтоматический анализ изображений позволяют исследователям быстро регистрировать количество, форму и другие видимые маркеры состояния митохондрий в нейронах до и после воздействия различных соединений.
В первоначальном тесте команда обнаружила, что соединения с заявленными преимуществами для митохондрий в других типах клеток не имели очевидных положительных эффектов для митохондрий в нейронах. Затем исследователи проверили свою библиотеку из 2400 соединений, включая многие существующие лекарственные соединения, и обнаружили 149 со значительным положительным действием на митохондрии нейронов.
В ходе дальнейших тестов ученые отсеяли эти «попадания» до гораздо меньшего числа и обнаружили несколько, которые могут надежно защитить митохондрии нейронов мыши от трех стрессов, которые, как известно, наносят вред митохондриям при болезни Альцгеймера: небольшие токсичные кластеры амилоидного бета-белка; глутамат нейротрансмиттера, который может возбуждать нейроны до смерти; и пероксид, высокореактивная молекула, которая может высвобождаться из поврежденных митохондрий и наносить вред здоровым митохондриям.
Соединения с благотворным действием защищали митохондрии нейронов в некоторых отношениях лучше, чем другие, и, очевидно, работали с помощью различных биологических механизмов.
Например, диклонин, анестетик, содержащийся в некоторых продуктах от боли в горле, защищает культивируемые нейроны от токсичности глутамата и пероксида. Диклонин также увеличивал выработку энергии здоровыми митохондриями, а также активность синапсов нейронов-хозяев – точек соединения с другими нейронами.
Диклонин казался настолько многообещающим, что исследователи добавили его в воду для живых мышей и снова нашли доказательства того, что он значительно улучшает здоровье митохондрий в мозгу животных.
«Остается загадкой, почему диклонин и другие местные анестетики оказывают такое влияние на митохондрии в нейронах – мы, конечно, этого не ожидали», – говорит Дэвис. «Но обнаруженные нами соединения вселяют в нас сильную надежду на то, что мы увидим положительные эффекты, когда протестируем их на животных моделях конкретных нейродегенеративных заболеваний, как мы это делаем сейчас."