Работая с мышиной и человеческой тканью, исследователи из Johns Hopkins Medicine сообщают о новых доказательствах того, что белок, накачиваемый из некоторых – но не всех – популяций «вспомогательных» клеток мозга, называемых астроцитами, играет специфическую роль в управлении формированием связей между нейронами, необходимыми для обучения и формирования новых воспоминаний.

Используя мышей, генетически сконструированных и выращенных с меньшим количеством таких соединений, исследователи провели эксперименты с проверкой концепции, которые показали, что они могут доставлять корректирующие белки через наночастицы, чтобы заменить недостающий белок, необходимый для «ремонта дороги» на дефектной нервной магистрали.

Поскольку такие соединительные сети теряются или повреждаются из-за нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, или определенных типов умственных недостатков, таких как болезнь Норри, исследователи говорят, что их результаты продвигают усилия по восстановлению и восстановлению сетей и потенциально могут восстановить нормальную функцию мозга.

Результаты описаны в майском выпуске Nature Neuroscience.

Мы смотрим на фундаментальную биологию того, как функционируют астроциты, но, возможно, обнаружили новую цель для однодневного вмешательства при нейродегенеративных заболеваниях с помощью новой терапии ».

Джеффри Ротштейн, доктор философии, доктор философии, Джон В. Гриффин, директор Института наук о мозге и профессор неврологии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса

«Хотя в мозге все астроциты выглядят одинаково, у нас было предположение, что они могут играть специализированную роль в мозге из-за региональных различий в функции мозга и из-за наблюдаемых изменений при некоторых заболеваниях», – говорит Ротштейн. «Надежда состоит в том, что обучение использованию индивидуальных различий в этих различных популяциях астроцитов может позволить нам направить развитие мозга или даже обратить вспять последствия определенных состояний мозга, и наши текущие исследования внесли эту надежду».

В мозге астроциты являются опорными клетками, которые действуют как направляющие для направления новых клеток, стимулируют химическую передачу сигналов и очищают побочные продукты метаболизма клеток мозга.

Команда Ротштейна сосредоточилась на конкретном астроцитарном белке, глутаматном транспортере-1, который, как предполагалось в предыдущих исследованиях, был утрачен из астроцитов в определенных частях мозга с нейродегенеративными заболеваниями. Подобно биологическому пылесосу, белок обычно всасывает глютамат химического «посыльного» из промежутков между нейронами после того, как сообщение отправлено в другую клетку, что необходимо для прекращения передачи и предотвращения накопления токсичных уровней глутамата.

Когда эти транспортеры глутамата исчезают из определенных частей мозга -; такие как моторная кора и спинной мозг у людей с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) -; глутамат слишком долго болтается, посылая сообщения, которые перевозбуждают и убивают клетки.

Чтобы выяснить, как мозг решает, какие клетки нуждаются в переносчиках глутамата, Ротштейн и его коллеги сосредоточили внимание на области ДНК перед геном, которая обычно управляет включением-выключением, необходимым для производства белка. Они генетически модифицировали мышей, чтобы они светились красным цветом в каждой клетке, где активирован ген.

Обычно транспортер глутамата включен во всех астроцитах. Но, используя от 1000 до 7000-битных сегментов кода ДНК из двухпозиционного переключателя для глутамата, все клетки мозга светились красным, включая нейроны. Только когда исследователи попробовали самую большую последовательность 8,300-битного кода ДНК из этого места, исследователи начали видеть некоторые выделения в красных клетках. Все эти эритроциты были астроцитами, но только в определенных слоях коры головного мозга у мышей.

Поскольку они могли идентифицировать эти «8,3 красных астроцита», исследователи думали, что у них может быть специфическая функция, отличная от других астроцитов в мозге. Чтобы более точно выяснить, что эти 8,3 красных астроцита делают в головном мозге, исследователи использовали машину для сортировки клеток, чтобы отделить красные астроциты от неокрашенных в корковой ткани головного мозга мыши, а затем определили, какие гены были включены гораздо выше, чем обычные уровни в красном по сравнению с неокрашенными клеточными популяциями. Исследователи обнаружили, что 8,3 красных астроцита включают высокий уровень гена, который кодирует другой белок, известный как норрин.

Команда Ротштейна взяла нейроны из нормального мозга мыши, обработала их норрином и обнаружила, что в этих нейронах вырастает больше «ветвей» -; или расширения -; используется для передачи химических сообщений между клетками мозга. Затем, по словам Ротштейна, исследователи изучили мозг мышей, спроектированных так, чтобы в них отсутствовал норрин, и увидели, что у этих нейронов было меньше ветвей, чем у здоровых мышей, которые вырабатывали норрин.

В другой серии экспериментов исследовательская группа взяла код ДНК для Норрина плюс 8 300 «локационных» ДНК и собрала их в доставляемые наночастицы. Когда они вводили наночастицы норрина в мозг мышей, сконструированных без норрина, нейроны у этих мышей начали быстро расти гораздо больше ветвей, процесс, предполагающий восстановление нейронных сетей. Они повторили эти эксперименты и с человеческими нейронами.

Ротштейн отмечает, что мутации в белке Норрина, которые снижают уровни белка у людей, вызывают болезнь Норри -; редкое генетическое заболевание, которое может привести к слепоте у младенцев и умственной отсталости. Поскольку исследователи смогли вырастить новые ветви для общения, они полагают, что однажды можно будет использовать Норрин для лечения некоторых видов умственных расстройств, таких как болезнь Норри.

На следующих шагах исследователи выясняют, может ли Норрин восстанавливать связи в мозге животных моделей с нейродегенеративными заболеваниями, и в рамках подготовки к потенциальному успеху Миллер и Ротштейн подали патент на Норрин.