Как нейроны управляют делением нейральных стволовых клеток

Нейральные стволовые клетки «подслушивают» разговоры нейронов

LifeSciencesToday по материалам Johns Hopkins Medicine: Brain's Stem Cells "Eavesdrop" to Find Out When to Act

Ученые Школы медицины Джонса Хопкинса (Johns Hopkins Medicine) выяснили, как стволовые клетки, находящиеся в той части мозга, которая ответственна за регуляцию обучения, памяти и настроения, принимают решение о том, оставаться ли в состоянии покоя или начать создавать новые клетки мозга. Очевидно, стволовые клетки «перехватывают» химические «разговоры» между находящимися в непосредственной близости нейронами. Это дает им возможность понять, когда система находится в состоянии стресса и когда они должны начать действовать.

По мнению исследователей, понимание этого процесса химического сигналинга может пролить свет на то, как мозг реагирует на окружающую среду и как работают современные антидепрессанты, так как у животных эти препараты, как было показано, увеличивают количество клеток головного мозга. Результаты исследования опубликованы он-лайн в журнале Nature (Neuronal circuitry mechanism regulating adult quiescent neural stem-cell fate decision).

«Что мы узнали, это то, что стволовые клетки головного мозга не общаются обычным способом, как это делают нейроны – через синапсы и непосредственный сигналинг», – говорит профессор неврологии Хончжун Сонг (Hongjun Song), PhD, директор программы стволовых клеток в Институте клеточной инженерии (Institute for Cell Engineering). «Синапсы, как сотовые телефоны, позволяют нервным клеткам общаться друг с другом. Стволовые клетки не имеют синапсов, но наши эксперименты показывают, что они слышат, хотя и не напрямую, как друг с другом общаются нейроны. Это как если ты слушаешь, как кто-то рядом с тобой говорит по телефону».

Этот подслушиваемый стволовыми клетками «разговор» состоит из химических сообщений, питаемых нейромедиаторами, высвобождаемыми синапсами нейронов – структурами, делающими возможной межнейронную коммуникацию. Нейромедиаторы, высвобождаемые одним нейроном и воспринимаемые другим, являются триггером изменения электрических зарядов нейрона-получателя, которое заставляет нейрон либо генерировать электрические импульсы, либо успокаиваться, прерывая дальнейшую передачу сообщений.

Чтобы узнать, какой нейромедиатор могут распознавать стволовые клетки головного мозга, ученые ввели электроды в стволовые клетки мозга мышей и измеряли любые изменения в их электрическом заряде после добавления определенных нейромедиаторов. Электрические заряды стволовых клеток изменились, когда их обработали гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК) – известным тормозным нейромедиатором, что свидетельствовало о том, что стволовые клетки могут воспринимать ГАМК-послания.

Чтобы выяснить, какое сообщение ГАМК передает стволовым клеткам мозга, ученые генетически удалили ген рецептора ГАМК – белка на поверхности клеток – только в стволовых клетках. Микроскопическое исследование лишенных рецепторов ГАМК стволовых клеток в течение пяти дней показало, что эти клетки реплицировались, создав глиальные клетки. Со стволовыми клетками, имеющими рецепторы ГАМК, никаких изменений не произошло.

Затем ученые ввели нормальным мышам валиум, часто используемый в качестве успокаивающего средства. Как и ГАМК, валиум действует, активируя рецепторы ГАМК. Подсчет количества стволовых клеток головного мозга у таких мышей на второй и седьмой день после введения валиума показал резкое увеличение количества спящих стволовых клеток по сравнению с животными контрольной группы.

«Традиционно ГАМК приказывает нейронам отключиться и не продолжать передачу сообщений другим нейронам», – говорит профессор Сонг. «В этом случае нейромедиатор отключает и стволовые клетки и держит их в спящем состоянии».

Популяция стволовых клеток мозга мышей (и других млекопитающих, включая человека) находится в окружении не менее 10 различных видов нейронов, и любой из этих видов может сохранять стволовые клетки в состоянии покоя. Чтобы узнать, какие нейроны контролируют стволовые клетки, исследователи встроили в них фотоактивируемые белки, которые заставляют клетки посылать электрический импульс, а также высвобождать нейромедиатор, когда на них падает свет. Активируя определенный тип нейронов и наблюдая за стволовыми клетками с электродами, они установили, что нейроны, передающие стволовым клеткам сигнал, вызывающий изменение электрического заряда, – это парвальбумин-экспрессирующие интернейроны.

Парвальбумин-экспрессирующий интернейрон (красный) в гиппокампе,
окруженный многочисленными взрослыми нейральными стволовыми клетками (зеленые). Фото: Gerry Sun

Наконец, чтобы проверить, соответствует ли этот механизм контроля над стволовыми клетками тому, что может испытывать животное, ученые поместили нормальных мышей и мышей, лишенных рецепторов ГАМК в стволовых клетках мозга, в стрессовые условия, социально изолировав их. Через неделю у нормальных изолированных мышей увеличилось числа стволовых и глиальных клеток. У изолированных мышей без ГАМК-рецепторов такого увеличения не наблюдалось.

«Коммуникация посредством ГАМК несомненно передает информацию о том, какому воздействию подвергаются клетки мозга со стороны внешнего мира, и, в данном случае, держит стволовые клетки головного мозга в резерве, так что мы не используем их, если в этом нет необходимости», – заключает профессор Сонг.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
03.09.2012