В новом исследовании, опубликованном в журнале eLife, ученые из Северо-Западного университета (Northwestern University) обнаружили, что нарушения в регуляторных механизмах приводят к накоплению железа в мозге по мере старения организма, усиливая окислительный стресс и вызывая повреждение клеток. Данный механизм поможет объяснить некоторые возрастные когнитивные нарушения и способствовать развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.
Актуальность исследования
В головном мозге существует жесткая регуляция гомеостаза железа, но, похоже, эта регуляция нарушается с возрастом. По мере старения в клетках по всему организму усиливается окислительный стресс. По той или иной причине клетки теряют способность выводить токсины из активных форм кислорода, побочных продуктов нормального клеточного дыхания. Источник окислительного стресса варьируется в зависимости от окружающей среды в организме. Предыдущие исследования указывают на 1 возможный источник окислительного стресса в головном мозге: накопление железа.
Материалы и методы исследования
Ученые исследовали молодых и старых мышей, измеряя как цитоплазматическое, так и митохондриальное железо по всему организму.
Нарушения в регуляторных механизмах приводят к накоплению железа в мозге по мере старения организма
Исследователи обнаружили, что мозг был единственным органом, в котором по мере старения животных наблюдалось увеличение как цитоплазматического, так и митохондриального железа.
Затем ученые исследовали экспрессию генов, связанных с гомеостазом железа, и обнаружили, что ген, кодирующий пептидный гормон — гепсидин, резко повышен в коре головного мозга старых животных. Гепсидин – это гормон, вырабатываемый печенью, который контролирует системный гомеостаз железа, но в контексте этого исследования наиболее важной функцией гепсидина, полученного из мозга, является ингибирование ферропортина, белка, который экспортирует железо из нейрональных клеток, что приводит к заметному накоплению железа в стареющем мозге.
Подробный механизм повышенной экспрессии гепсидина, полученного из стареющего головного мозга, требует дальнейшего изучения, но возрастное воспаление и повышенная экспрессия рецептора трансферрина, чувствительного к железу, могут быть возможными регуляторами. Увеличение гепсидина также может привести к увеличению содержания железа в митохондриях — больше, чем могут использовать органеллы, — что приводит к накоплению железа и возможному повреждению клеток.
Практическая значимость работы
В настоящее время проводятся исследования с использованием хелаторов железа — веществ, которые связываются с железом и делают его биологически недоступным — для лечения ишемической болезни сердца. Аналогичная стратегия может быть использована и в головном мозге.
Авторы другого исследования выяснили, как высокое артериальное давление связано с диабетом.
