Исследователи выяснили, как разбудить спящие стволовые клетки в мозге, которые способны превращаться в новые клетки. Это открывает двери для разработки новых методов лечения нарушений нейроразвития, таких как аутизм, трудности в обучении и детский церебральный паралич.
Стволовые клетки в мозге, называемые нейральными стволовыми клетками (НСК), обладают способностью размножаться, дифференцироваться и проходить процесс клеточной смерти. Большинство НСК в нашем мозге находятся в состоянии покоя, ожидая сигнала, который реактивирует их для проведения нейрогенеза или формирования новых нервных клеток.
Доказательства свидетельствуют о том, что дефектная реактивация НСК может быть связана с возрастным снижением когнитивных способностей и нарушениями нейроразвития, что делает важным выявление механизмов, лежащих в основе этого процесса. Теперь исследователи из Медицинской школы Duke-NUS и Института механобиологии Национального университета Сингапура (NUS) пошли дальше, открыв метод активации спящих НСК.
«Наши результаты добавляют новые знания к ограниченному объему исследований механизмов, управляющих реактивацией спящих нейральных стволовых клеток», — сказал профессор Ван Хонгян, исполняющий обязанности директора программы исследований неврологии и поведенческих расстройств в Duke-NUS и автор-корреспондент исследования.
В настоящем исследовании ученые экспериментировали на плодовых мушках (дрозофилах). У дрозофил, наличие диетических аминокислот ощущается жировым телом, функциональным эквивалентом печени и жировой ткани человека, что запускает выработку инсулиноподобных пептидов клетками гематоэнцефалического барьера. Эти пептиды, в свою очередь, активируют сигнальный путь инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) в НСК и запускают их реактивацию. Человеческие НСК также активируются сигналом IGF-1.
Спящие НСК у дрозофилыимеют выступ, который простирается от тела клетки; исследователи недавно продемонстрировали, что выступ обогащен актиновыми микрофиламентами. Актин — это белок, который, среди прочих функций, обеспечивает механическую поддержку и определяет форму клетки. Расположение актина внутри клеток регулируется другим типом белка, называемым формином, который ускоряет сборку определенного актина, нитевидного актина (f-актина).
«Мы решили сосредоточиться на этом пути, поскольку вариации в уровнях формина связаны с нарушениями нейроразвития, такими как микроцефалия у людей», — сказал доктор Лин Кунь-Ян, научный сотрудник Duke-NUS во время исследования и ведущий автор. Микроцефалия — это состояние, при котором голова ребенка значительно меньше ожидаемого размера, часто из-за аномального развития мозга. «Понимание этого пути может дать новые идеи для разработки решений для лечения нарушений нейроразвития».
Используя микроскопию сверхвысокого разрешения, исследователи изучили клеточные выступы, диаметр которых составляет около 1,5 мкм, что в 20 раз меньше диаметра человеческого волоса. Они обнаружили, что астроциты, тип глиальных клеток, которые удерживают нейроны на месте и помогают им развиваться и работать так, как им следует, вырабатывают тип сигнального белка, называемого складчатой гаструляцией (туман), который запускает цепную реакцию, включающую активацию пути формина для управления сборкой актиновых нитей и пробуждающую НСК из состояния покоя.
Рецепторы в НСК, называемые рецепторами, сопряженными с G-белком, или GPCR, отреагировали на продуцируемый астроцитами туман, активируя сигнальный путь, который регулировал образование актиновых нитей в стволовых клетках.
«Это не только расширяет наше фундаментальное понимание того, как астроциты влияют на развитие клеток головного мозга, но также открывает новые возможности для развития методов лечения неврологических расстройств, старения мозга и травм», — сказал профессор Патрик Тан, старший заместитель декана по исследованиям в Duke-NUS. Тан не участвовал в исследовании.
GPCR участвуют в регуляции зрения, вкуса, обоняния, поведения, настроения и иммунной системы. Несмотря на то, что сигнальные молекулы, типы GPCR и механизмы действия различаются для каждой из этих ролей, все они включают G-белки, которые действуют как молекулярные переключатели и передают сигналы снаружи клетки внутрь. Из-за этого GPCR стали основной мишенью лекарств для лечения различных заболеваний человека.
В настоящее время исследователи изучают, производят ли астроциты другие сигналы, влияющие на активность НСК. Они также планируют выяснить, участвуют ли подобные механизмы в развитии человеческого мозга.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
