Найдена ключевая молекула, которая помогает нейронам ветвиться и образовывать новые связи. Полученные знания могут быть применены в регенеративной медицине.
Нервные клетки не размножаются, но восстанавливаются. Пополнение мозга новыми клетками, которые постепенно покидают «нейрональное хранилище» -- зубчатую извилину гиппокампа, происходит в течение всей жизни.
Скорость и интенсивность нейрогенеза (процесс «взросления» нейрональных стволовых клеток) зависит от вредных привычек, физических упражнений, положительных эмоций и многих других внешних и внутренних факторов. Рост и развитие новых нейронов происходит под присмотром генов и белков, которые не только стимулируют, но и тормозят нейрогенез.
Дендриты объединяют
Для эффективной работы нервной системы важны и нейроны, и синапсы (связи) между ними, от которых зависит, в том числе, и интеллектуальный потенциал животных и человека. Поэтому молодому нейрону нужно не только повзрослеть, но и вырастить как можно больше боковых отростков – дендритов. Желательно, чтобы они дотягивались удаленных клеток и контактировали с ними. Ученые предполагают, что возможности нейрона отрастить как можно больше длинных дендритов зависят от фактора транскрипции белка – CREB. По крайней мере, в многочисленных экспериментах на животных было показано, что без CREB скорость нейрогенеза, количество, разветвленность и длина дендритов резко снижаются.
Однако разобраться с ролью CREB в нейрогенезе непросто: он активизирует несколько тысяч генов и управляет некодирующими участками РНК, которые, в свою очередь, тоже инициируют биохимические процессы.
Чтобы понять, как активатор-многотысячник регулирует нейрогенез, биологи из орегонского Университета здоровья и науки (Oregon Health and Science University) под руководством Стефана Маджилла (Stephen T. Magill) провели серию опытов на мышах. Ранее, в экспериментах in vitro, ученые выяснили, что одна из разновидностей микроРНК (miR-132), с которой взаимодействует CREB, управляет ростом нейронов. В экспериментах in vitro подобные свойства были выявлены и у других микроРНК. Однако, активизировать или блокировать одну из микроРНК in vivo, не коснувшись другой, достаточно сложно. Поэтому и понять, как действует CREB в живом организме, пока что не удавалось.
Ювелирный эксперимент
Стефан Маджилл и его коллеги провели ювелирный эксперимент. Они вырезали небольшой участок (локус) микроРНК и определили, какая из последовательностей работает в клетках головного мозга. Оказалось, что из всего вырезанного участка только miR-132 функционирует в нейронах зубчатой извилины гиппокампа. Соседствующие же с ней последовательности нуклеотидов «спят» и не оказывают влияния на нейрогенез. Таким способом ученые убедились, что они могут исследовать miR-132, экспериментируя с крупной последовательностью нуклеотидов, которая кодирует несколько микроРНК.
В следующем эксперименте ученые ввели в гиппокам мышей инъекцию ретровируса, который блокировал miR-132. Далее они простимулировали нейрогенез, поместив мышей в обогащенную среду. Через три недели усиленных физических нагрузок и положительных эмоций ученые умертвили животных. Биологи исследовали молодые нейроны (те, которые появились за прошедшие три недели), и обнаружили, что новые клетки так и не смогли сформировать полноценные связи. У них были слишком короткие и неразветвленные дендриты.
«В ходе проведенного эксперимента нам удалось установить, что развитие нейронов в гиппокампе происходит за счет miR-132, на которую воздействует уже известный и изученный белок-управленец – CREB. В последующих экспериментах мы постараемся выяснить, помогает ли микроРНК отращивать дендриты нейронам в других отделах головного мозга или нет», -- пишут исследователи в статье microRNA-132 regulates dendritic growth and arborization of newborn neurons in the adult hippocampus в журнале PNAS.
Вероятно, продолжение начатой работы может иметь прикладное значение. Например, для выращивания новых синапсов или даже суррогатных нейронов.
