Pokazalo se da ketonska tela, poznata po svojoj ulozi u energetskom metabolizmu tokom posta, imaju direktnu interakciju sa oštećenim proteinima u mozgu, pomažući njihovom uklanjanju putem autofagije. Istraživači su otkrili da β-hidroksibutirat ketonskog tela menja rastvorljivost pogrešno savijenih proteina, olakšavajući njihovo uklanjanje i smanjujući patološku agregaciju.
Testovi na mišjim modelima Alchajmerove bolesti i starenja potvrdili su ove efekte, pri čemu su tretirane životinje pokazale poboljšanja u kontroli kvaliteta proteina i zdravlju mozga. Ovo otkriće pruža novu metaboličku povezanost sa starenjem i neurodegeneracijom, nudeći potencijalni put za terapeutske primene.
Efekat ketonskih tela na proteine u mozgu
Ketonska tela, koje organizam proizvodi da bi obezbedio energiju tokom posta, osim proizvodnje energije, imaju ulogu u regulisanju ćelijskih procesa i mehanizama starenja.
Istraživanje na Buck Institute pokazuje da ketonska tela najbolje mogu da se razumeju kao moćni signalni metaboliti koji utiču na funkciju mozga u starenju i Alchajmerovoj bolesti.
Nova studija, objavljena u Cell Chemical Biology, pokazuje da ketonska tela i slični metaboliti imaju duboke efekte na kontrolu kvaliteta proteoma (celokupan set proteina izraženih genomom, ćelijom, tkivom ili organizmom; termin formiran iz reči proteini i genom) i proteina u mozgu.
Naučnici sa Instituta Buck, radeći na mišjim modelima Alchajmerove bolesti i starenja, kao i na nematodi C. elegans, otkrivaju da ketonsko telo β-hidroksibutirat stupa u direktnu interakciju sa pogrešno savijenim proteinima, menjajući njihovu rastvorljivost i strukturu kako bi mogli da budu očišćeni iz mozga kroz proces autofagije.
Prethodne studije pokazale su da povećanje ketonskih tela putem ishrane, vežbanja i suplemenata može biti korisno za zdravlje mozga i kogniciju, kako kod glodara tako i kod ljudi.
Viši autor studije, dr John Newman, docent u Buck Institute, kaže da se verovalo da su poboljšanja zasnovana na ketonskom telu uzrokovana povećanom energijom u mozgu ili smanjenjem upale u mozgu, a prijavljena poboljšanja u amiloidnim plakovima na modelima miša bila su indirektni nusproizvod.
– Sada znamo da to nije cela priča. Ketonska tela direktno stupaju u interakciju sa oštećenim i pogrešno savijenim proteinima, čineći ih nerastvorljivim tako da mogu biti uklonjeni iz ćelije i reciklirani – kaže dr Newman.
Iako priznaje da su drugi mehanizmi, poput snabdevanja energijom, takođe važni za zdravlje mozga, dr Newman ovo otkriće naziva novom biologijom.
– To je nova veza između metabolizma uopšte, ketonskih tela i starenja. Direktno povezivanje promena u metaboličkom stanju ćelije sa promenama u proteomu zaista je uzbudljivo – istakao je.
Napominjući da ketonskim telima lako može da se manipuliše eksperimentalno i terapeutski, dr Newman dodaje da bi „ovo mogla biti moćna oblast za pomoć u globalnom čišćenju oštećenih proteina”.
– Samo smo zagrebali površinu kada je reč o tome kako bi ovo moglo da se primeni na starenje mozga i neurodegenerativne bolesti – naglašava dr Newman
Pored testiranja promene rastvorljivosti i strukture proteina u epruvetama, projekat je uključivao i hranjenje miševa ketonskim estrom kako bi se potvrdilo da su rezultati iz epruveta reprodukovani u mozgu. Kod miševa, tretman ketonskim estrom rezultirao je čišćenjem, a ne patološkom agregacijom nerastvorljivih proteina.
Moćna saradnja Buck Institute i njegovog okruženja
Ovaj rad takođe naglašava moć saradnje Buck Institute i njegovog okruženja.
Schilling Laboratory napravila je detaljne mape rastvorljivosti u proteomu na osnovu eksperimenata u epruvetama i na miševima.
Da bi testirali da li su promene u rastvorljivosti izazvane ketonskim telima pomogle da se poboljšaju modeli patološke agregacije, Lithgow Laboratory hranila je ketonska tela sićušnim nematodnim crvima koji su genetski modifikovani da izražavaju ljudski ekvivalent beta amiloida, koji izaziva amiloidne plakove.
– Amiloid beta utiče na mišiće i parališe crve. Kada su bile tretirane ketonskim telima, životinje su povratile svoju sposobnost da plivaju. Zaista je bilo uzbudljivo videti tako dramatičan uticaj na čitavu životinju – kaže dr Sidharth Madhavan, doktorand i vodeći autor studije.
Dr Madhavan sada istražuje da li ketonska tela i srodni metaboliti imaju slične efekte izvan mozga, u crevima. Sledeći ključni korak biće testiranje ovog novog mehanizma kontrole kvaliteta proteina kod ljudi kako bi se pomoglo da se na najbolji način primeni u terapijama, dodaje on.
Dr Newman kaže da studija naglašava novi oblik metaboličke regulacije kontrole kvaliteta proteina.
– Nije reč samo o ketonskim telima. Testirali smo slične metabolite u epruvetama i mnogo njih je imalo slične efekte. U nekim slučajevima, pokazali su se bolje od β-hidroksibutirata. Divno je zamisliti da promena metabolizma dovodi do ove simfonije molekula koja zajedno sarađuje na unapređenju funkcije mozga – rekao je dr Newman.
