Математическая модель нарушения энергетического метаболизма в мозге при развитии нейродегенеративных заболеваний: новый предполагаемый механизм гибели клеток

В работе проведено теоретическое исследование последствий нарушения энергетического метаболизма в нервной ткани на биофизической модели метаболического сопряжения между нейронами и астроцитами в условиях афферентной стимуляции, имитирующей выброс глутамата в пресинаптическую щель. Основным результатом представленного модельного исследования стало обнаружение феномена аденилатного коллапса, суть которого состоит в необратимом падении концентрации АТФ после достижения критического порогового значения. Данный эффект возникает в результате обращения реакции, катализируемой аденилаткиназой. При высоких значениях АТФ равновесие реакции смещено в сторону образования АДФ из АТФ и АМФ. При достижении порога равновесие смещается в противоположную сторону, т.е. происходит образование АМФ и АТФ из АДФ. Если данная ситуация сопровождается высоким расходом АТФ, то весь пул адениновых нуклеотидов переходит в АМФ. Однако АМФ не фосфорилируется, в отличие от АДФ в гликолизе и окислительном фосфорилировании, поэтому система быстро приходит к истощению АТФ. Последствием такого коллапса может являться избирательная гибель клеток в результате прекращения потребления глюкозы, кислорода и блокирования метаболизма. Таким образом, аденилатный коллапс может являться новым механизмом избирательной гибели клеток при развитии нейродегенеративных заболеваний.