Uszkodzenie mitochondriów – maleńkie elektrownie wewnątrz komórek, które dostarczają im energii – wyzwala zdarzenia, które pojawiają się we wczesnym stadium choroby Alzheimera i mogą stanowić obiecujący cel w leczeniu.
Tak kończy się nowe badanie opublikowane w czasopiśmie, które pokazuje, w jaki sposób oligomeryczna beta amyloid – wysoce toksyczne białko – zakłóca mitochondria.
Badanie ujawnia również, w jaki sposób wstępne leczenie może chronić komórki ludzkiego mózgu przed takimi uszkodzeniami.
«Mitochondria», mówi główny autor dr Diego Mastroeni, adiunkt w Arizona State University w Tempe, «są głównym źródłem energii w komórkach mózgowych, a niedobory w metabolizmie energetycznym okazały się jednym z najwcześniejszych zdarzeń w chorobie Alzheimera patobiologia.»
Choroba Alzheimera jest wyniszczającą chorobą, która niszczy tkankę mózgową i okrada ludzi z ich zdolności do myślenia, pamiętania, podejmowania decyzji, utrzymywania kontaktów towarzyskich i niezależnego życia.
Jest to najczęstsza forma demencji i szósta główna przyczyna śmierci w Stanach Zjednoczonych, gdzie ponad 5 milionów osób ma tę chorobę.
Ciężar choroby Alzheimera w USA rośnie wraz ze starzeniem się populacji. Koszt alzheimera i innych demencji ma wzrosnąć z 259 miliardów dolarów do 1,1 biliona dolarów między 2017 a 2050 rokiem.
W miarę postępów choroba zmienia biologię i chemię mózgu, powodując obumarcie komórek nerwowych lub neuronów i kurczenie się tkanki.
Obecnie nie ma lekarstwa ani skutecznego leczenia, które znacząco spowalnia postęp choroby Alzheimera.
Znane są wczesne zmiany tkanek przed pojawieniem się objawów behawioralnych choroby Alzheimera; jednak pomimo pewnych silnych teorii, dokładne przyczyny pozostają tajemnicą.
Amyloid beta i choroba Alzheimera
Dominująca teoria na temat pochodzenia Alzheimera sugeruje, że nagromadzenie lepkich fragmentów białek, zwanych beta amyloidami, jest związane z łańcuchem zdarzeń w mózgu, który prowadzi do choroby.
Głównym dowodem na poparcie tej teorii amyloidu jest to, że autopsje ludzi zmarłych z chorobą Alzheimera mają dwa charakterystyczne rodzaje nieprawidłowych akumulacji białek: sploty wewnątrz komórek i płytki między komórkami.
Te cechy charakterystyczne Alzheimera znaleziono głównie w hipokampie, kory nowej i innych częściach mózgu, które znajdują się poniżej kory mózgowej i są ważne dla myślenia, pamięci i uczenia się.
Jednak, jak badania głębiej zgłębiały chorobę i jej możliwe przyczyny, pojawiły się problemy z teorią amyloidu – twierdzą autorzy nowego badania.
Jeden problem dotyczy niespójności dowodów. Na przykład niektóre badania donoszą, że pomimo dużej obecności blaszek amyloidowych w ich mózgach, niektórzy starsi pacjenci nie wykazywali mierzalnych deficytów w myśleniu i pamięci, podczas gdy inni pacjenci z ciężkimi objawami podobnymi do Alzheimera wykazywali bardzo małe nagromadzenie nieprawidłowego białka amyloidowego.
Innym powodem kwestionowania teorii amyloidu jest to, że eksperymentalne leki, które celują w amyloid jako sposób leczenia choroby Alzheimera, wykazały rozczarowujące wyniki w badaniach klinicznych i nie powstrzymały spadku.
Te pytania i problemy skłoniły badaczy do argumentowania, że blaszki i sploty prawdopodobnie pojawią się w późniejszych stadiach choroby Alzheimera i że zaangażowane są inne czynniki wyzwalające.
Rola mitochondriów?
Mitochondria to maleńkie przedziały wewnątrz komórek, w których tlen i składniki odżywcze przekształcają się w trójfosforan adenozyny (ATP), który jest głównym źródłem paliwa dla aktywności komórkowej.
«Dekady badań» ujawniły, że te komórkowe moce różnią się między mózgiem Alzheimera a zdrowym mózgiem.
Doprowadziło to do poglądu, że mitochondria odgrywają ważną rolę w chorobie Alzheimera, nie tylko jako współtwórcy, ale także jako czynniki chorobotwórcze.
Obecna debata sięga od sugerowania, że amyloid beta powoduje dysfunkcję mitochondrialną, proponując, że «kaskada» zmian mitochondrialnych «hierarchicznie zastępuje» rozwój beta amyloidu.
Kolejny argument w dyskusji sugeruje, że w chorobie Alzheimera «wysoce toksyczna» forma beta amyloidu – znana jako oligomeryczna beta amyloidu – przyspiesza spadek mitochondrialny, który występuje naturalnie wraz z wiekiem.
Nowe badanie, które bada wpływ oligomerycznego amyloidu beta na mitochondria w komórkach mózgowych, dostarcza nowych dowodów w tym kierunku.
Dowody na zakłócenie mitochondriów
Do swoich badań dr Mastroeni i jego współpracownicy wyodrębnili neurony piramidalne z hipokampa w mózgach pacjentów, którzy zmarli na chorobę Alzheimera.
Neurony piramidalne zostały opisane jako «poruszające i wstrząsające» mózgu i są ważne dla przetwarzania poznawczego. Choroby wyniszczające mózg, takie jak choroba Alzheimera, są znane z nieproporcjonalnego zabijania tych komórek.
Kiedy badali hipokampalne neurony piramidalne, naukowcy znaleźli dowody – w postaci zmniejszonej ekspresji wielu mitochondrialnych genów – sugerujące, że ich mitochondria zostały zakłócone przez oligomeryczny beta-amyloid.
Odkryli, że ta sama zmniejszona ekspresja genów mitochondrialnych wystąpiła, gdy wystawili komórki z ludzkiej linii komórek nerwiaka zarodkowego na toksyczne białko.
Inne rodzaje komórek – takie jak komórki astrocytów i mikrogleju – wyekstrahowane z hipokampa tego samego mózgu dotkniętego chorobą Alzheimera, nie wykazywały oznak upośledzenia mitochondriów. Komórki astrocytów i mikrogleju zapewniają wsparcie, takie jak utrzymanie równowagi chemicznej i dostarczanie składników odżywczych.
Wstępne leczenie może chronić neurony
W innej serii eksperymentów badacze wstępnie potraktowali ludzkie neurony w laboratorium związkiem, który jest strukturalnie podobny do CoQ10, o którym wiadomo, że wzmacnia ATP i ogranicza stres oksydacyjny, innym procesem, który może degradować mitochondria.
Kiedy eksponowali wstępnie potraktowane neurony na oligomeryczny beta-amyloid, wykazywali zmniejszone oznaki pogorszenia mitochondriów. Sugerują, że ten wynik może utorować drogę do nowych metod leczenia choroby Alzheimera.
«Badanie to wzmacnia toksyczność oligomerycznego amyloidu beta na mitochondriach neuronalnych i podkreśla znaczenie związków ochronnych dla ochrony mitochondriów przed oligomeryczną toksycznością beta-amyloidu.»
Dr Diego Mastroeni
Nowe kierunki badań w 2024 roku
W 2024 roku badania nad ochroną mitochondriów stają się coraz bardziej obiecujące. Nowe terapie celujące w mitochondria wykazują potencjał w poprawie funkcji poznawczych u pacjentów z chorobą Alzheimera. Badania wskazują, że stosowanie związków wspomagających metabolizm mitochondrialny może przyczynić się do opóźnienia progresji choroby. Naukowcy skupiają się również na związkach takich jak kwas alfa-liponowy i resweratrol, które wykazują działanie neuroprotekcyjne.
Ostatnie badania sugerują, że wczesne interwencje w celu ochrony mitochondriów mogą znacząco wpłynąć na zachowanie i funkcje poznawcze pacjentów. Przeprowadzono również badania kliniczne z wykorzystaniem terapii genowej, która ma na celu poprawę funkcji mitochondrialnych, co otwiera nowe możliwości w leczeniu neurodegeneracyjnym.
Z perspektywy badań klinicznych, istnieje rosnące zainteresowanie zrozumieniem, w jaki sposób styl życia, dieta oraz regularna aktywność fizyczna mogą wpływać na zdrowie mitochondrialne i ogólną kondycję mózgu. To wszystko wskazuje, że przyszłość w walce z chorobą Alzheimera może być znacznie jaśniejsza dzięki nowym odkryciom i innowacyjnym podejściom.
