Синдромы гиперинсулинизма и гипераммонемии — это тяжелые заболевания, связанные с нарушением обмена веществ. Если эти синдромы развиваются в раннем младенчестве, они становятся причиной гипогликемии — патологии, для которой характерен низкий уровень сахара в крови, что при отсутствии лечения является серьезным риском для здоровья малыша. Работа коллектива ученых из Индии, России, Германии и США помогает лучше понять механизмы, лежащие в основе этой патологии. Результаты своего исследования они опубликовали в ноябрьском номере журнала Integrative Biology.

Обмен веществ (метаболизм) — это набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Для нормальной жизнедеятельности организма все компоненты этих химических реакций должны находиться в динамическом равновесии относительно друг друга. Важнейшим компонентом обмена веществ всех живых организмов является аммоний. Несмотря на то, что аммоний весьма токсичен, он является необходимым компонентом для синтеза аминокислот, ДНК и РНК. Также важную роль в метаболизме азота играет глутаминовая кислота. Ее содержание в организме составляет до 25% от всех аминокислот. Постоянную концентрацию аминокислот и аммония в организме регулирует глутаматдегидрогеназа. Этот фермент производит обратимые реакции, в результате которых глутаминовая кислота превращается в α-кетоглутарат и аммоний, и наоборот.

В своей работе авторы исследовали физиологическую роль активности глутаматдегидрогеназы в печени. Активность фермента в этом органе связана с циклом мочевины и участвует в метаболизме аммиака и детоксикации всего организма. Оказалось, что глутаматдегидрогеназа в долях печени очень чувствительна к соотношению в клетке количества продуктов реакции, которую этот фермент осуществляет. При нарушении равновесия между ними, α -кетоглутарат подавляет деятельность глутаматдегидрогеназы. Это приводит к нарушениям функционирования печени, а также к чрезмерному выделению инсулина из клеток поджелудочной железы, что и запускает развитие синдромов гиперинсулинизма/гипераммонемии в раннем младенческом возрасте.

«Для изучения этой проблемы мы использовали математическое моделирование и кинетические исследования», — рассказывает один из авторов этого исследования, главный научный сотрудник Лаборатории биофизики возбудимых сред Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Александр Берельевич Медвинский, — «Использование математического моделирования, базирующегося на результатах экспериментальных исследований, позволило выявить те, развитые в ходе биологической эволюции, процессы, которые обеспечивают надежность функционирования такого сложно организованного и жизненно важного органа как печень, а также определить некоторые причины сбоев функционирования этого органа».

Предложенную учеными математическую модель подтверждают медики. Недавно появилась терапия гипераммониемии с помощью введения в организм α-кетоглутарата и дополнительных доз самой глутуматдегидрогеназы. Таким образом, исследователи сделали еще один шаг к пониманию путей развития таких тяжелых патологий новорожденных детей как гиперинсулинизм и гипераммонемия.

Источник: Soumen Bera, Sanjay Lamba, Mubasher Rashid, Anuj K. Sharma, Alexander B. Medvinsky, Claudia Acquisti, Amit Chakraborty and Bai-Lian Li. Robust regulation of hepatic pericentral amination by glutamate dehydrogenase kinetics. Integr. Biol., 2016,8, 1126-1132. http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/IB/C6IB00158K#!divAbstract

Материал подготовила пресс-секретарь ИТЭБ РАН Татьяна Перевязова: iteb-press@yandex.ru

Пресс-центр ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm