Когда мы рождаемся, наш мозг обладает большой гибкостью. Наличие такой гибкости для роста и изменения дает незрелому мозгу способность адаптироваться к новому опыту и организовать свою взаимосвязанную сеть нейронных цепей. Однако во взрослом мозге эта активность «выключается», оставляя лишь малую часть возможностей для пластичности. В новой статье, опубликованной в Neuron, показывается, что этот сигнал, означающий «дорогой мозг, пора бы тебе повзрослеть!», синапсам нервных клеток посылают астроциты.
Астроциты – основные клетки мозга, которые производят Chrdl1. Благодаря методу, называемому флуоресценцией гибридицации in situ, РНК, соответствующие синтезу, различных белков помечается флуоресцентными метками. На изображении Chrdl1 показан красным цветом, астроциты голубым, а нейроны в темно-синем цвете. На снимке мы видим верхние слоях зрительной коры мыши. Сигнал от Chrdl1 перекрывается с астроцитами, но не с нейронами, что указывает на то, что астроциты являются клетками, которые в основном производят Chrdl1. Credit: Институт Солка
По словам исследователей из Института Солка, их работа может помочь в будущем «включить» пластичность мозга на полную для восстановления когнитивных способностей, утраченных в результате старения, инсульта или травмы.
«Из нашей предыдущей работы мы знали, что астроциты важны для развития мозга; однако мы очень мало знали о роли астроцитов во взрослом мозге, — говорит Никола Аллен, старший автор исследования. — Чтобы исследовать эту роль, мы использовали много методов в лаборатории, чтобы определить сигнал, который посылают астроциты, для созревания мозга».
Этот сигнал оказался белком астроцит-секретируемым Chrdl1 (chordin-like 1). Этот белок увеличивает количество и зрелость синапсов между нервными клетками, замещая так называемые кальций-проницаемые глутаматные рецепторы AMPAR (рецепторы α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты) в синапсах (напомним читателю, что 90% всех синапсов в нашем головном мозге – глутаматные) на кальций-непроницаемые рецепторы AMPAR, содержащие так называемую GluA2-субъединицу. Это позволяет стабилизировать нервные связи и цепи, как только они заканчивают развиваться.
Структура рецептора AMPAR
Чтобы лучше понять роль Chrdl1, команда разработала модели мыши с геном этого белка, отключенным введенными мутациями. У этих мышей уровень пластичности в мозге оказался намного выше, чем обычно. У взрослых мышей с мутацией Chrdl1 пластичность мозга оказалась очень похожей на мозг мышат, мозг которых все еще находится на ранних стадиях развития.
«Важно изучать пластичность мозга, потому что она учит нас, как мозг реконструируется в ответ на новый опыт, — говорит первый Автор Елена Бланко-Суарес, сотрудник лаборатории Аллена. — Хотя некоторая степень пластичности важна, она уменьшается по мере того, как мы становимся старше. Природа конструировала эти цепи для того чтобы стать более стабилизированной и более менее гибкой. В противном случае наш мозг не созреет, и мы всю нашу жизнь будем иметь когнитивные способности маленького ребенка».
О роли Chrdl1 у людей известно не много, но одно исследование семьи с мутацией Chrdl1 показало, что они очень хорошо провели тесты на память. Другие исследования показали, что уровень гена, кодирующего Chrdl1, изменяется при шизофрении и биполярном расстройстве, что указывает на то, что Chrdl1 может играть важную роль как в здоровье, так и в болезни.
Будущие исследования, проводимые командой, будут углубляться в отношения между астроцитами и нейронами и искать потенциальные способы использования этой активности астроцитов в качестве терапии.
«Мы заинтересованы в том, чтобы узнать больше о том, что астроциты секретируют в среде мозга и как эти сигналы влияют на мозг, — говорит Аллен. — Мы планируем посмотреть смотреть на нейрон-астроцитарные взаимоотношения как на раннем этапе развития, так и в ситуациях, когда эти связи утеряны, и вы хотите стимулировать восстановление, например, в случае инсульта».
Текст: Алексей Паевский
“Astrocyte-Secreted Chordin-like 1 Drives Synapse Maturation and Limits Plasticity by Increasing Synaptic GluA2 AMPA Receptors” by Elena Blanco-Suarez, Tong-Fei Liu, Alex Kopelevich, and Nicola J. Allen in Neuron. Published October 18 2018.
doi:10.1016/j.neuron.2018.09.043