Открыт механизм, улучшающий работу мозга при недоедании

Низкокалорийная диета запускает молекулярный механизм, замедляющий деградацию нервных клеток и старение мозга. "Омолаживающий" эффект фиксируется при снижении уровня потребляемых калорий на треть от суточного, установили итальянские биологи.

Ключевым звеном молекулярного сценария, замедляющего деградацию нейронов, является белок CREB1 из класса белковых факторов транскрипции, то есть белков, контролирующих перенос (транскрипцию) информации с ДНК на матричную РНК – промежуточный рабочий "чертеж", по которому осуществляется синтез белков на рибосомах.

Белки CREB, включающие и выключающие синтез нейропептидов (важных энзимов, регулирующих синаптические связи между нейронами - эндорфина, вазопрессина и др.) и нейротрофина (фактора роста нейронов) уже давно, с момента открытия в конце 80-х, интересуют биологов, изучающих молекулярные механизмы базовых нейрофункций – памяти, закрепления эмоций, способности к обучению, то есть функций, обеспечивающих пластичность мозга, его способность адаптироваться, реагируя на сигналы, поступающие из внешней среды.

Так, накоплено много экспериментальных данных, показывающих, что при дефиците CREB блокируются "долгие" синаптические связи между нейронами (что логично, так как CREB регулирует синтез именно долгоживущих нейропептидов), в то время как построение "коротких" не затрагивается.

Мыши, у которых этот белок был выключен, демонстрировали нормальные результаты в тестах оперативной памяти, и плохие – в упражнениях, требующих использования долгой. Также был зафиксирован повышенный уровень экспрессии CREB в миндалевидном теле (отделе мозга, отвечающем за процессинг и запоминание базовых эмоций – страха и удовольствия) нормальных мышей после дрессировки.

CREB осуществляет регуляторные функции, прикрепляясь к определенным участкам ДНК, и является сигнал-зависимым транскрипционным фактором, то есть требует внешнего сигнала для активации. Роль такого сигнала выполняет молекула циклического аденозинмонофосфата (цАМФ, или cAMP, отсюда и абревиатура CREB – "cAMP response element-binding", или "цАМФ-зависимый транскрипционный фактор"). Молекула цАМФ (вторичного посредника, передающего сигнал внутри клетки, когда первичная сигнальная молекула, например молекула белка-нейромедиатора, не может проникнуть через клеточную мембрану) является производным аденозинтрифосфата, или АТФ – "энергетического ангела", нуклеотида, играющего важнейшую роль в обмене вещества и энергии внутри всех живых систем.

Логично предположить, что изменения в процессах обмена, наблюдаемые, например, при дефиците питательных веществ, могут влиять на регуляторную функцию CREB и, посредством синтеза нейропептидов и прочих нейроэнзимов, на базовые функции мозга в целом, в том числе на регенерацию и обеспечение стабильного функционирования нейронов.

Исследовать этот вопрос взялась группа биологов, работающая под руководством Джовамбаттиста Пани с факультета общей патологии и медицины Католического университета Святого Сердца (Италия), чью статью "Роль нейронального цАМФ-зависимого транскрипционного фактора в реакции мозга на дефицит калорий" публикует Proceedings of the National Academy of Sciences.

В серии экспериментов над мышами с нокаутированным CREB и здоровыми животными из контрольной группы, итальянцам удалось установить, что низкокалорийная диета играет роль "спускового крючка", активирующего определенный цАМФ-зависимый транскрипционный фактор, кодируемый геном CREB1.

Помимо этого было установлено, что CREB1 отвечает за синтез специфических белков, способствующих нормальному функционированию мозга и препятствующих возрастной деградации нервных клеток. Под низкокалорийной понимается диета, когда животные получали 70% от нормального суточного объема калорий. Как показали многочисленные эксперименты, о которых также рассказывала "Газета.Ru", именно такое умеренное голодание продлевает жизнь не только млекопитающим, но и менее развитым животным, например мухам, червям и даже дрожжам.

То, что голодание препятствует старению мозга и, таким образом, развитию возрастных деменций – болезни Альцгеймера, Паркинсона и многих других, науке известно уже давно, однако молекулярный механизм этой зависимости оставался непонятным.

Похоже, теперь он начинает понемногу проясняться: как показал молекулярный (с использованием флюоресцентных белков-маркеров) и клеточный анализ (с замером критичного для функции памяти уровня долговременной потенциации нейронов), мозг здоровых мышей, сидящих на диете, активней продуцировал CREB1, чем мозг здоровых мышей в контрольной группе, а в когнитивных тестах эти животные показывали стабильно лучшие результаты и, что интересно, меньший уровень внутривидовой агрессии, чем мыши с выключенным CREB, которые демонстрировали все симптомы, типичные для старых или переедающих животных.

Положительный эффект от недоедания, по мнению авторов, объясняется также тем, что, как показали те же эксперименты, активация CREB1 (фактора транскрипции, работающего в организме высших животных и людей), форсированная дефицитом питательных веществ, запускает синтез сиртуинов – класса белков, от которых зависит плотность упаковки ДНК в хроматине ядер эукариот – молекулярном контейнере, содержащем ДНК, РНК и белки гистоны, тоже участвующие в транскрипции. Избыток сиртуинов "разрыхляет" гистонную упаковку ДНК, способствуя как делению клеток, так и починке поврежденной ДНК, то есть, другими словами, регулирует процессы старения и сопротивляемость стрессу, а также – щедрость грантодателей, последние десять лет спонсирующих настоящий "сиртуиновый бум" в молекулярной биологии.

Именно сиртуин-экспрессирующая функция CREB1, как предполагают итальянцы, стоит за "омолаживающим" эффектом, который оказывает на мозг млекопитающих низкокалорийная диета.

Если оздоравливающий эффект, производимый на мозг умеренным голоданием, можно считать твердо установленным и отчасти расшифрованным (до сих пор остается непонятным, почему и каким образом дефицит питательных веществ стимулирует экспрессию CREB), то перспективы лекарственной коррекции возрастных изменений мозга выглядят пока туманными. Так, есть обоснованные подозрения, что искусственная активация сиртуинов может стимулировать новообразования: на примере рака простата установлено, что в раковых клетках сиртуин экспрессируется быстрей, чем в нормальных тканях.