Репрограммирование глиальных клеток для лечения болезней ЦНС
Исследователи университета Пенсильвании, работающие под руководством профессора Гуна Чэня (Gong Chen), разработали новую технологию восстановления функциональных нейронов мозга с помощью глиальных клеток – вспомогательных клеток центральной нервной системы. Авторы считают, что их разработка может быть взята за основу новых терапевтических подходов к лечению травматических повреждений головного и спинного мозга, инсультов, болезней Альцгеймера и Паркинсона и других заболеваний центральной нервной системы.
При повреждении мозга в результате травмы или болезни часто происходит гибель или дегенерация нейронов, что сопровождается увеличением количества и ветвистости глиальных клеток. Изначально такие «реактивные глиальные клетки» формируют систему защиты, предотвращающую проникновение в здоровую нервную ткань бактерий и токсинов, однако в конечном итоге это приводит к формированию глиальных рубцов, мешающих росту новых нейронов.
Несколько лет назад авторы, вдохновленные получившей Нобелевскую премию технологией превращения зрелых клеток кожи в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, начали работу над методом превращения глиальных рубцов в нормально функционирующую нервную ткань.
Сначала они изучили реакцию реактивных глиальных клеток на специфичный белок NeuroD1, известный благодаря важной роли в формировании новых нервных клеток в гиппокампе взрослого мозга. Они предположили, что экспрессия NeuroD1 реактивными клетками глии в зоне повреждения может обеспечить формирование новых нейронов. Для проверки этой гипотезы исследователи ввели в глиальные клетки модифицированный ретровирус, содержащий ген белка NeuroD1. Этот вирус не способен убивать клетки, более того, он инфицирует только делящиеся клетки, что делает его тропным исключительно к реактивным глиальным клеткам. Это исключает возможность инфицирования нейронов и минимизирует возможное отрицательное влияние на работу мозга.
В рамках первого эксперимента авторы изучили возможность превращения реактивных глиальных клеток в функциональные нейроны после введения несущего ген NeuroD1 ретровируса в кору головного мозга взрослых мышей. Проведенный через неделю после введения вирусного вектора анализ ткани мозга животных показал, что два типа клеток глии – звездчатые астроглиальные клетки и NG2 клетки – успешно трансформировались в нейроны. При этом оказалось, что астроглиальные клетки давали начало возбуждающим, а NG2 клетки – как возбуждающим, так и тормозящим нейронам. По словам Чэня, это позволяет добиваться баланса между возбуждением и торможением в мозге после репрограммирования клеток. Проведенные учеными электрофизиологические тесты продемонстрировали способность новых нейронов воспринимать нейротрансмиттерные сигналы от других нервных клеток, что указывает на их успешную интеграцию в локальную нейронную сеть.
Во втором эксперименте на трансгенной мышиной модели болезни Альцгеймера исследователи продемонстрировали, что реактивные глиальные клетки в пораженном болезнью мозге мышей можно трансформировать в функциональные нейроны. Более того, они показали, что даже у 14-месячных (что примерно эквивалентно 60-летнему возрасту человека) животных с моделированной болезнью Альцгеймера введение вируса-носителя гена NeuroD1 в кору мозга обеспечивает появление большого количества новых нейронов, сформировавшихся в результате репрограммирования реактивных глиальных клеток (на снимке ядра этих нейронов светятся красным).
Последующие эксперименты на культуре человеческих глиальных клеток также продемонстрировали впечатляющие результаты. Спустя три недели после введения в клетки гена NeuroD1 ученые начали наблюдать за их трансформацией. Под микроскопом было видно, как плоские глиальные клетки полностью изменяли свою форму, превращаясь в нормально выглядящие нейроны с аксонами и дендритами. Тестирование функций этих вновь сформировавшихся нейронов подтвердило их способность высвобождать нейротрансмиттеры и реагировать на них.
По словам Чэнь, он и его коллеги мечтают трансформировать разработанную технологию репрограммирования клеток в метод лечения последствий травм и заболеваний центральной нервной системы.
Статья Ziyuan Guo et al. In Vivo Direct Reprogramming of Reactive Glial Cells into Functional Neurons after Brain Injury and in an Alzheimer’s Disease Model опубликована в журнале Cell Stem Cell.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Pennsylvania State University:
Breakthrough could one day help sufferers of brain injury, Alzheimer's disease.
20.12.2013