Gliové buňky plní řadu podpůrných a udržovacích funkcí a zejména jeden typ – astrocytární gliové buňky – má jedinečnou schopnost vytvářet jizvy kolem poškozených neuronů. Přítomnost jizevnaté tkáně je spojena s inhibičními účinky na opětovný růst zralých neuronů, které jsou poškozeny poraněním míchy. Nejnovější důkazy však naznačují, že tyto inhibiční účinky jsou vratné, a v nové práci vědci z Lewis Katz School of Medicine at Temple University (LKSOM) a University of Pennsylvania ukazují, že astrocytární gliové buňky mohou ve skutečnosti hrát významnou roli při usnadňování opravy neuronů.
„Zjistili jsme, že glie mají metabolický spínač spojený s metabolismem glukózy, který po spuštění zvrátí inhibiční účinky na růst a podpoří regeneraci axonů,“ vysvětlil doktor Shuxin Li, profesor anatomie a buněčné biologie v Pediatrickém výzkumném centru Shrinersovy nemocnice při LKSOM a hlavní řešitel nové studie.
Výzkum, publikovaný 16. září v časopise Cell Metabolism, jako první prokázal souvislost mezi metabolismem glukózy v gliových buňkách a funkční regenerací poškozených neuronů v centrálním nervovém systému.
Ve spolupráci s vedoucím výzkumníkem Yuanquanem Songem, PhD, docentem patologie a laboratorní medicíny na Perelmanově lékařské fakultě Pensylvánské univerzity, se Dr. Li a jeho kolegové rozhodli prozkoumat, jak tvorba jizev vyvolaná gliovými buňkami ovlivňuje regeneraci axonů, a to za použití muších a myších modelů poškození axonů. V prvních experimentech potvrdili to, co naznačovaly předchozí studie, že negativní účinky činnosti gliových buněk na regeneraci axonů jsou skutečně reverzibilní. Vědci však také zjistili, že přepínání mezi pozitivním a negativním vlivem na regeneraci axonů přímo souvisí s metabolickým stavem gliových buněk.
V následných pokusech na mouchách se vědci zaměřili konkrétně na glykolýzu – metabolickou dráhu zodpovědnou za odbourávání glukózy – a zjistili, že k podpoře regenerace axonů stačí v gliových buňkách regulovat pouze tuto dráhu. Stejný výsledek byl pozorován i u myší. Další zkoumání na modelech much a myší vedlo k identifikaci dvou metabolitů glukózy, laktátu a hydroxyglutarátu, které působí jako klíčové mediátory přepnutí glií z inhibiční reakce na stimulační.
„Na modelu much jsme pozorovali regeneraci axonů a dramatické zlepšení funkčního zotavení, když jsme aplikovali laktát do poškozené neuronální tkáně,“ uvedl Dr. Li. „Zjistili jsme také, že u poškozených myší léčba laktátem výrazně zlepšila lokomoční schopnosti a obnovila určitou schopnost chůze ve srovnání s neléčenými zvířaty.“
Dr. Li a jeho kolegové zkoumali specifickou cestu, kterou laktát a hydroxyglutarát působí na zlepšení regenerace axonů. Experimenty odhalily, že když jsou aktivovány gliové buňky, uvolňují metabolity glukózy, které se následně naváží na molekuly známé jako receptory GABAB na povrchu neuronů, a tím aktivují dráhy v neuronech, které stimulují růst axonů.
„Naše zjištění naznačují, že aktivace receptorů GABAB vyvolaná laktátem může mít zásadní roli v regeneraci neuronů po poranění míchy,“ řekl doktor Li. „Tento proces je navíc řízen metabolickým přepnutím na aerobní glykolýzu, která vede specificky k produkci laktátu a dalších metabolitů glukózy.“
Vědci plánují dále testovat regenerační schopnosti laktátu a příbuzných molekul u větších zvířat a určit, které molekuly jsou pro podporu regenerace nejúčinnější. „Další fáze naší práce by mohly připravit půdu pro budoucí translační studie u lidských pacientů postižených poraněním míchy,“ dodal Dr. Li.
Dalšími výzkumníky, kteří se na práci podíleli, jsou Feng Li a Jingyun Qiu, Raymond G. Perelman Center for Cellular and Molecular Therapeutics, The Children’s Hospital of Philadelphia; Armin Sami, Harun N. Noristani, Kieran Slattery, Thomas Groves a Shuo Wang, Shriners Hospitals Pediatric Research Center (Center for Neurorehabilitation and Neural Repair) a Department of Anatomy and Cell Biology, LKSOM; Kelly Veerasammy, Yuki X. Chen, Jorge Morales a Ye He, The City College of New York; a Paula Haynes a Amita Sehgal, HHMI, Chronobiology and Sleep institute, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania.