Для хорошего телефонного разговора вам нужна хорошая сотовая связь. То, что верно для мобильных телефонов, оказывается верным и для нейронов.
Ученые Института Солка обнаружили, что клетки мозга, называемые астроцитами, инициируют связь между парами нейронов на ранней стадии развития, вызывая специфические изменения в обоих членах пары. Работа, опубликованная в Neuron 11 октября 2017 года, имеет важные последствия для расстройств нервного развития, таких как аутизм, СДВГ и шизофрения, которые, как считается, являются результатом, по крайней мере, частично неправильной связи между нейронами.
"Когда мозг формируется, все нейроны должны установить правильные связи друг с другом, чтобы нормально функционировать," говорит Никола Аллен, доцент лаборатории молекулярной нейробиологии Солка и старший автор статьи. "Но как это происходит и какие молекулярные сигналы находятся в процессе, мы до сих пор не до конца понимаем."
Хотя нейроны являются наиболее известными клетками мозга, они составляют лишь половину от общего числа клеток. Другая половина включает различные типы клеток, наиболее распространенными из которых являются астроциты. В последние годы ученые узнали, что астроциты необходимы нейронам для формирования активных связей друг с другом через крошечные промежутки, называемые синапсами. Но точный механизм этого процесса оставался загадкой – до сих пор.
На протяжении многих лет различные лаборатории идентифицировали разные белки, которые секретируют астроциты, которые, по-видимому, влияют на развитие нейронов. Но ни один из обнаруженных ими белков не привел к функциональным синапсам, которые способствуют активному общению между нейронами. Синапсы практически не работали.
Затем, в качестве постдокторского исследователя, Аллен обнаружил, что секретируемый астроцитами белок под названием глипикан 4 каким-то образом индуцирует связь между соседними нейронами. При наличии глипикана 4 нейроны, отправляющие информацию (называемые "пресинаптический") эффективно взаимодействовали с нейронами, получающими его ("постсинаптический"). Нейроны обмениваются сообщениями в виде химических веществ, которые перемещаются через промежуток и принимаются молекулярными док-станциями на принимающей стороне, известными как "рецепторы." Аллен не знал, как. Создав собственную лабораторию в Солке, она приступила к раскрытию подробностей.
Аллен и Фархи-Цельникер начали с обработки культур нейронов глипиканом 4 или другим секретируемым астроцитами белком, называемым тромбоспондином, который вызывает изменения в нейронах, но не приводит к какой-либо синаптической связи. Идея заключалась в том, чтобы сравнить два набора культур и увидеть, что отличалось в культурах, обработанных глипиканом 4, что сделало эти нейроны способными общаться.
Дуэт обнаружил, что 49 генов были активированы в ответ на лечение глипиканом 4, но только 3 были активированы в ответ на тромбоспондин. Тот факт, что между генами не было перекрытия, предполагает, что эти два белка участвуют в очень разных клеточных системах и что глипикан 4 имеет решающее значение для активации синапсов.
Дальнейшие эксперименты показали, что глипикан 4 увеличивает количество определенных типов рецепторов на принимающих нейронах (постсинаптический). Глипикан 4 рекрутирует рецепторы на поверхность клетки, вызывая высвобождение белка, называемого нейрональным пентраксином 1 (NP1), который напрямую связывается с рецепторами. Аллен и Фархи-Цельникер обнаружили, что без связывания NP1 с рецепторами синапсы остаются молчаливыми. Таким образом, глипикан 4 необходим, чтобы сделать постсинаптические нейроны восприимчивыми к входным данным, говорят исследователи.
Другие исследования показали, что NP1 высвобождается нейронами, отправляющими информацию. Таким образом, команда Солка также изучила, что может происходить на пресинаптической стороне связи. Они обнаружили, что пресинаптические нейроны выделяют NP1 специфически в ответ на глипикан 4, а это означает, что единственный белок, выделяемый астроцитами, отвечает за создание значимых связей, воздействуя как на отправляющие, так и на принимающие нейроны.
"Мы не ожидали обнаружить, что белок, секретируемый астроцитами, будет воздействовать на нейроны по обе стороны синапса," – добавляет Аллен, заведующий кафедрой развития Фонда Херста. "Это не только раскрывает более сложную роль астроцитов как организаторов активных синаптических связей, но также предлагает захватывающую терапевтическую мишень для синаптической дисфункции.
В ходе будущей работы лаборатории будут изучены способы воздействия на астроциты с целью разработки новых методов лечения неврологических расстройств.