Нейробиологи открыли новую гибридную клетку, занимающую границу между хорошо известными нейронами и глиальными клетками головного мозга. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature.
Ранее считалось, что глиальные клетки, особенно астроциты, просто поддерживают функции нейронов. Однако недавние исследования подчеркивают способность этих клеток высвобождать нейротрансмиттеры и напрямую влиять на нервные цепи.
Это революционное открытие бросает вызов традиционным представлениям о функциональности клеток мозга и открывает путь к новым терапевтическим стратегиям.
Нейронаука переживает большие потрясения
Два основных семейства клеток, составляющих мозг, нейроны и глиальные клетки, тайно спрятали гибридную клетку, находящуюся на полпути между этими двумя категориями.
С тех пор, как существует нейронаука, было признано, что мозг работает в первую очередь благодаря нейронам и их способности быстро обрабатывать и передавать информацию через свои сети.
Чтобы поддержать их в выполнении этой задачи, глиальные клетки выполняют ряд структурных, энергетических и иммунных функций, а также стабилизируют физиологические константы. Некоторые из этих глиальных клеток, известных как астроциты, тесно окружают синапсы — точки контакта, где высвобождаются нейротрансмиттеры для передачи информации между нейронами.
Вот почему нейробиологи уже давно предполагают, что астроциты могут играть активную роль в синаптической передаче и участвовать в обработке информации.
Однако, авторы нового исследования получили противоречивые результаты и еще не достигли окончательного научного консенсуса.
Идентифицируя новый тип клеток с характеристиками астроцита и экспрессируя молекулярный механизм, необходимый для синаптической передачи, нейробиологи с кафедры фундаментальных нейронаук факультета биологии и медицины Лозаннского университета (UNIL) и Центра биологических исследований Висса (Wyss Center for Bio) положили конец многолетним спорам.
Чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что астроциты, как и нейроны, способны выделять нейротрансмиттеры, исследователи сначала тщательно изучили молекулярный состав астроцитов, используя современные подходы молекулярной биологии. Их целью было найти следы механизма, необходимого для быстрой секреции глутамата, основного нейромедиатора, используемого нейронами.
«Точность, обеспечиваемая подходами транскриптомики отдельных клеток, позволила нам продемонстрировать наличие в клетках с астроцитарным профилем транскриптов везикулярных белков, VGLUT, отвечающих за заполнение нейрональных везикул, специфичных для высвобождения глутамата. Эти транскрипты были обнаружены в клетках мышей и, по-видимому, сохраняются в клетках человека. Мы также определили в этих клетках другие специализированные белки, которые необходимы для функционирования глутаматергических везикул и их способности быстро взаимодействовать с другими клетками», — комментирует Людовик Телли (Ludovic Telley), соруководитель исследования.
Новые функциональные клетки
Далее нейробиологи попытались выяснить, функциональны ли эти гибридные клетки, то есть способны ли они действительно выделять глутамат со скоростью, сравнимой со скоростью синаптической передачи. Для этого исследовательская группа использовала передовую технику визуализации, которая могла визуализировать глутамат, выделяемый везикулами в тканях мозга и у живых мышей.
«Мы идентифицировали подгруппу астроцитов, реагирующих на избирательную стимуляцию быстрым высвобождением глутамата, которое происходило в пространственно ограниченных областях этих клеток, напоминающих синапсы», — добавляет Андреа Вольтерра (Andrea Volterra), профессор UNIL и приглашенный преподаватель Центра Висса, а также содиректор исследования.
Кроме того, высвобождение глутамата оказывает влияние на синаптическую передачу и регулирует нейронные цепи. Исследовательская группа смогла продемонстрировать это, подавив экспрессию VGLUT гибридными клетками.
«Это клетки, модулирующие активность нейронов, контролируют уровень связи и возбуждения нейронов», — заявляет Роберта де Селья (Roberta de Ceglia), автор исследования и старший научный сотрудник UNIL.
Исследование показывает, что без этого функционального механизма долговременная потенциация, нервный процесс, участвующий в механизмах запоминания, нарушается и влияет на память мышей.
Связь с патологиями головного мозга
Последствия этого открытия распространяются и на расстройства головного мозга. Целенаправленно разрушая глутаматергические астроциты, исследовательская группа продемонстрировала влияние на консолидацию памяти, но также обнаружила связь с такими патологиями, как эпилепсия.
Наконец, исследование показывает, что глутаматергические астроциты также играют роль в регуляции цепей мозга, участвующих в контроле движений, и могут стать терапевтическими мишенями для лечения болезни Паркинсона.
«Теперь между нейронами и астроцитами у нас под рукой есть новый тип клеток. Его открытие открывает огромные исследовательские перспективы. Наши следующие исследования будут изучать потенциальную защитную роль этого типа клеток против нарушений памяти при болезни Альцгеймера, а также их роль в других регионах и патологиях, помимо тех, которые изучались здесь», — прогнозирует Андреа Вольтерра.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
