Молекула LK-2 защищает нейроны и препятствует их гибели при инсульте

После инсульта часть мозга лишается глюкозы и кислорода, что приводит к высвобождению и накоплению глутамата в концентрациях, превышающих норму в 10–100 раз. Это активирует NMDA-рецепторы, из-за чего происходит перегрузка клеток кальцием и их гибель. NMDA-рецепторы — привлекательная мишень для терапии инсульта. Однако неудачные клинические испытания антагонистов NMDA-рецепторов указывают на то, что глутамат активирует не только NMDAR-зависимые пути клеточной гибели. Чувствительные к кислоте ионные каналы (ASIC) — еще один кандидат на роль медиатора нейротоксичности, так как в областях ишемии во время инсульта возникает ацидоз. Однако неясно, может ли глутамат напрямую или опосредованно взаимодействовать с нативными ASIC нейронов, а если может, то ухудшает ли это исход при ишемии.

Исследователи из Китая и Канады установили, что глутамат взаимодействует с ASIC, что ассоциировано с усилением нейротоксичности при инсульте. А малая молекула LK-2 препятствует взаимодействию ASIC с глутаматом, но не влияет на NMDA-рецепторы, уменьшает объем области инфаркта и улучшает восстановление сенсомоторных функций у мышиной модели ишемического инсульта.

Сначала ученые измерили вызываемые кислотой токи в клетках СНО, экспрессирующих человеческие каналы ASIC1a, чтобы понять, регулируется ли работа ASIC глутаматом. Они подтвердили, что глутамат является положительным аллостерическим модулятором для ASIC1a, связывая его напрямую. Дальнейший анализ показал, что усиление токов глутаматом связано только с увеличением вероятности открытия каналов и не влияет на ионную селективность ASIC.

Исследователи предположили, что глутамат может вызывать гибель клеток, не связанную с NMDAR, действуя непосредственно на ASIC, и это приводит к перегрузке клеток кальцием. Для проверки этой гипотезы ученые культивировали нейроны коры от мышей Asic1a^+/+ и Asic1a^−/−. В нейронах Asic1a^+/+ раствор с pH 7,0 сам по себе приводил к медленному повышению внутриклеточного кальция, которое значительно усиливалось при совместном применении с глутаматом. Это подтверждало идею, что глутамат может вызывать перегрузку клеток кальцием через ASIC1a, как и аналогичные эксперименты с нейронами Asic1a^−/−, в которых глутамат вызывал лишь незначительное повышение внутриклеточного кальция при pH 7,0. Ингибирование других источников кальция не влияло на повышение концентрации, так что, вероятно, устойчивое повышение уровня кальция должно происходить через ASIC. Для проверки предположения, что глутамат вызывает гибель клеток через ASIC1a, ученые лишили первичные нейроны коры мышей Asic1a^+/+ и Asic1a^−/− кислорода и глюкозы на час и провели окрашивание клеток. Они обнаружили значительно больше погибших нейронов Asic1a^+/+ при pH 7,0 по сравнению с нейронами Asic1a^−/−.

Затем ученые проверили, возможно ли защитить нейроны от гибели, воздействуя на глутамат-связывающий сайт ASIC1a. Скрининг идентифицировал малые молекулы LK-1 и LK-2 как прототипы нового класса нейропротективных соединений. Обе молекулы снижали зависимое от глутамата потенцирование ASIC1a дозозависимым образом. Дальнейший анализ показал, что LK-2 — мощный конкурентный блокатор, который предпочтительно нацеливается на глутамат-связывающий сайт ASIC1a по сравнению с NMDAR.

Авторы показали, что LK-2 может защищать клетки CHO, трансфицированные ASIC1a, после продолжительного (1 час) воздействия глутамата при pH 7,0. Для непосредственного изучения эффектов LK-2 в модели инсульта на мышах исследователи сначала проверили, может ли LK-2 пройти через гематоэнцефалический барьер, измерив его фармакокинетику у мышей. Опыты показали, что LK-2 может проникать через гематоэнцефалический барьер, потенциально достигая микромолярной концентрации в спинномозговой жидкости и блокируя глутамат-связывающий сайт на ASICs. Объем области инфаркта при окклюзии артерии был значительно меньше при введении LK-2, что указывает на ее нейропротективную роль. Также было показано, что через семь дней после моделирования инсульта мыши, получавшие LK-2, демонстрировали лучшие способности к обучению и координацию движений по сравнению с мышами, получавшими физиологический раствор.

Таким образом, данное исследование показало, что глутамат действует как положительный аллостерический модулятор для ASIC, усугубляя нейротоксичность. Малая молекула LK-2 функционирует как конкурентный антагонист глутамат-связываемого сайта ASIC и обеспечивает нейропротекцию, не зависимую от его действия на NMDAR, в конечном итоге улучшая нейроповеденческие результаты после инсульта. По мнению авторов, эти данные могут быть использованы для разработки новых подходов к лечению инсульта.

Ученые превратили микроглию в нейроны, чтобы восстановить мозг мышей после инсульта