В последние годы было установлено, что медь играет важную роль в здоровье мозга человека. Неправильное окисление меди связано с некоторыми неврологическими расстройствами, включая болезнь Альцгеймера, Паркинсона, Менкеса и Уилсона. Медь также определена в качестве важного компонента ферментов, которые активизируют медиаторы головного мозга в ответ на раздражители. Новое исследование показало, что собственный уровень меди также имеет большое значение для здоровья мозга в состоянии покоя.
«Используя новые методы молекулярной визуализации, мы определили медь в качестве динамического модулятора спонтанной активности развития нейронных цепей, которые вызывают активность нейронов без активного стимула, что позволяет цепи адаптироваться», -говорит Крис Чанг (Chris Chang). «Традиционно, медь стала рассматриваться как статический метаболический кофактор, который должен погибнуть в ферментах при защите от активных форм кислорода и свободных радикалов. Мы показали, что динамическая и слабо связанная медь может модулировать активность нейронов и имеет большое значение для нормального развития синапсов».
Хотя человеческий мозг составляет всего лишь 2% от общей массы тела, он потребляет 20 % кислорода, поступающего при дыхании. Этот высокий спрос на кислород и окислительный метаболизм привел к тому, что мозг имеет самый высокий уровень меди, а также железа и цинка. За последние несколько лет Чанг и его исследовательская группа в Калифорнийском университете в Беркли разработали ряд флуоресцентных зондов для молекулярной визуализации меди в головном мозге.
«Так как отсутствует мониторинг динамики изменений меди в организме, нам трудно определить, как медь влияет на различные этапы здоровья и болезни», – сказал Чанг. «Мы разрабатываем флуоресцентные зонды, которые смогут показать изменение меди в клетках, тканях или даже в модельных организмах, у таких как мыши и рыбы».
Для этого исследования Чанг и его группа разработали флуоресцентный зонд под названием Copper Fluor-3 (CF 3), который может быть использован для одно- и двухфотонной визуализации ионов меди. Этот новый зонд позволил исследовать потенциальный вклад в клеточную сигнализацию слабосвязанных форм меди в нейронах гиппокампа и тканях сетчатки.
«CF 3 является более гидрофильным зондом по сравнению с другими, он производит равномерное окрашивание и подходит для клеток и тканей», – утверждает Чанг. «Это позволяет нам использовать конфокальные и двухфотонные методы визуализации, вместе с соответствующими красителями (Ctrl-CF3), которым не хватает чувствительности к меди».
Благодаря комбинации CF3 и Ctrl-CF3, исследователи показали, что нейроны и нейронные ткани поддерживают слабосвязанную медь, которая ослаблена хелатированием, чтобы создать то, что называется «лабильный бассейн меди». Целенаправленное разрушение этих неустойчивых бассейнов меди изменяет спонтанную активность нейронов в гиппокампе и сетчатке.
Результаты этого исследования показывают, что нерациональное использование меди в головном мозге связано с болезнью Уилсона и Альцгеймера.
«Наши результаты исследования помогут узнать, нуждается ли пациент в добавках меди или медных энтеросорбентах», – утверждает Чанг. «Эти данные указывают на необходимость разработки молекулярных зондов в качестве пилотных скрининговых инструментов».
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Dodani, Sheel C.; Firl, Alana; Chan, Jefferson; Nam, Christine I.; Aron, Allegra T. et al. (2014) Copper is an endogenous modulator of neural circuit spontaneous activity // PNAS – vol. 111 (46) – p. 16280-16285
