Аминокиселината бетаин възстановява връзките между невроните при мишки с шизофрения

Бетаинът често се приема като хранителна добавка. По време на своите експерименти учени откриват, че той потиска поведенческите прояви на шизофрения в лабораторни мишки. След като оцветяват с флуоресцентна боя непрекъснато потрепващите краища на незрелите мозъчни клетки, експертите забелязват, че аминокиселината има благотворен ефект върху протеините, които изграждат цитоскелета на невроните в мозъка.

Какво е бетаин?

Бетаинът се извлича от цвеклото и обикновено хората го определят като сладък на вкус и доближаващ се до така наречения пети вкус – умами, който е съчетание между солено и сладко. Човек може да си осигури нужното количество от аминокиселината чрез вътрешен синтез в тялото или чрез външни хранителни източници. Добавката се използва успешно за лечение на метаболитното заболяване хомоцистинурия.

Проф. Нобутака Хирокава от медицинското училище към университета в Токио предупреждава, че бетаин не бива да се приема без лекарско предписание. Въпреки това той е оптимист относно безопасността му, тъй като аминокиселината вече се използва с клинични цели за лечение на други здравословни проблеми. Ученият е член на Японската академия за научни постижения от 2004 г.

Лечение на шизофрения

Шизофренията засяга 1 на 100 души в световен мащаб и е една от 15-те основни причини за недъзи сред хората.

„За съжаление, познатите форми за нейното лечение са съпроводени с неприятни странични ефекти. До момента няма лекарство, което да оказва положителен ефект, а ние да сме добре запознати с неговото действие на биохимично ниво“, допълва Хирокава. Според направените до момента генетични изследвания на хора, диагностицирани с шизофрения, е възможно да съществува връзка между болестта и изменения на гена kif3b от семейството на кинезините 3b и друг ген, отговорен за синтеза на бетаин в човешкото тяло.

Протеинът kif3B и ролята му за връзката между невроните

Заедно със своите колеги от лабораторията професорът създава така нареченото „кинезин супер семейство“ от всички 45 гени в бозайниците, като повечето от тях кодират моторните (двигателни) протеини, които придвижват органелите от центъра към периферията на клетката. Обикновено протеинът kif3B се свързва с друг белтък от кинезин семейството и транспортира своя „товар“ по целия неврон, като се движи нагоре и надолу по скелетната структура на клетката (цитоскелета).

Мишките, включени в експеримента, имат само едно функционално копие на гена kif3b и затова често служат като животински модел на шизофрения. Те избягват социалните взаимодействия и реагират като хората със същото заболяване, когато са подложени на теста „предпулсово инхибиране“. По време на него се измерва степента на уплаха при излагане на рязък и силен шум, непосредствено след по-тихи звуци.

Животните с мутирал ген kif3b, чието хранене включва 3 пъти по-голямо количество бетаин от препоръчваното, възприемат нормално поведение, което означава, че аминокиселината има положително въздействие върху симптомите на психичното заболяване.

С цел да разберат защо бетаинът има такъв ефект върху мишките, изследователите култивират нервни клетки с мутация на гена kif3b в лабораторни условия и добавят флуоресцентно маркиране, което да им помогне да наблюдават по-лесно формирането на цитоскелета.

Цитоскелет на нервната клетка

Клетъчната структура на здравия и нормално функциониращ неврон наподобява дърво: клетъчно тяло, заобиколено от клони (дендрити), прикрепени към дълъг ствол – аксонът. Невроните с мутирал ген kif3b, култивирани по изкуствен път, имат различна и необичайна твърде разклонена структура, тоест прекалено голям брой дендрити. Учените откриват сходства с невроните в мозъчни проби, взети от пациенти с шизофрения, без значение на какъв вид лечение са били подложени приживе.

Тубулин и F-актин

Докато се развива, основната част от здравата нервна клетка се запълва със скелет, изграден от веществото тубулин. В същото време в посока отвътре навън започва да се образува заострена част от клетката, вследствие на движенията на друг цитоскелетен компонент – нишковиден актин (F-актин). Образуването на изпъкналата част се случва по време на специфични трептения, които наподобяват танц.

При мутиралите клетки тези трептения са много по-слаби, а разпределението на тубулина и актина по време на клетъчното делене – по-неясно.

Актинът в цитоскелета на неврона се „сглобява“ с помощта на друг протеин – CRMP2. Химическите анализи на мозъка на мишки с мутирал ген kif3b и на хора с шизофрения разкриват, че този белтък претърпява сериозни химически поражения, които причиняват слепването на протеините.

Карбонилен стрес

Аминокиселината бетаин предпазва от настъпване на подобни химически нарушения (карбонилен стрес), които са причина за дисфункцията на протеина CRMP2.

Проф. Хирокава разказва: „В мозъка на вече починали пациенти с шизофрения белтъкът CRMP2 е този, който е подложен на най-силен карбонилен стрес. Бетаинът от своя страна елиминира излишния карбонилен стрес, който всъщност отключва шизофрения.

Предпазвайки CRMP2 от увреждане, лечението с бетаин позволява на невроните с мутирал kif3b да изградят нови и нормално функциониращи структури. Когато е налице надежден цитоскелет, по който да се движи, оставащият функционален протеин kif3B вече може да пренася своя „товар“ от една част на клетката до друга.

Други лабораторни експерименти показват, че белтъците kif3B и CRMP2 могат да се свързват помежду си, но каква е връзката между тях остава загадка.

Хирокава обобщава: „Знаем, че количеството аминокиселина бетаин намалява в мозъка на пациенти с шизофрения. Поради тази причина силно препоръчваме тя да се доставя отвън, защото така бихме могли да повлияем положително поне на някои видове от тежкото психично заболяване.“

Токийският екип планира да си сътрудничи с фармацевтични компании, за да бъдат извършени нужните клинични изпитания върху бетаина като форма на лечение при доказана шизофрения.