Нервные клетки человека развиваются намного медленнее, чем у других млекопитающих. Новые эксперименты показали, что этот темп определяется активностью митохондрий. Стимулируя или подавляя ее, ученые смогли ускорить рост человеческих нейронов и замедлить рост мышиных.
Нервная система человека растет исключительно медленно, созревание нейронов растягивается на годы. При этом у большинства других животных оно занимает куда меньше времени: например, нейронам мышей достаточно нескольких недель. Эта разница считается важной для развития особо сложного мозга. Однако создающие ее механизмы лежат в базовых процессах клеточного метаболизма и связаны с активностью митохондрий. К таким выводам пришли авторы новой работы, опубликованной в журнале Science.
Причины различий в скорости роста нейронов оставались загадкой не одно десятилетие. Еще десять лет назад Пьер Вандерхаген (Pierre Vanderhaeghen) и его коллеги из Свободного университета Брюсселя пробовали помещать нервные клетки человека в мозг мыши. Однако выяснилось, что даже в новом окружении они развивались с прежней замедленной скоростью. Это заставило ученых искать корни проблемы глубже, внутри самих нейронов.
Для начала им пришлось найти индикатор, позволяющий определять и отслеживать возраст нервных клеток. Подходящим маркером оказался фактор транскрипции NeuroD1 — участок генома, который «включается» при переходе клетки из состояния стволовой на путь развития зрелого нейрона. Поэтому биологи создали белковые метки, позволяющие зафиксировать активацию NeuroD1.
Далее они определяли активность митохондрий до и после этого момента. Напомним, митохондрии — это органеллы, которые проводят окисление глюкозы, вырабатывая молекулы АТФ, служащие основным источником энергии для всех остальных процессов внутри клетки. Для мониторинга их активности ученые отслеживали потребление кислорода. Такая работа показала, что к двум неделям после рождения митохондрии в нейронах мышей утилизируют примерно вдесятеро больше кислорода, чем у человека.
Гипотезу об их влиянии на скорость роста нейронов следовало проверить. Поэтому Вандерхаген и его коллеги химически ускорили митохондриальный метаболизм нервных клеток человека in vitro, «в пробирке». И действительно, их созревание происходило намного быстрее обычного.
Дополнительное подтверждение дало повторение экспериментов с пересаживанием человеческих нейронов мышам. Если в таких клетках митохондрии заранее стимулировали, то эти клетки созревали с «мышиной» скоростью, на протяжении недель. И наоборот, замедление активности митохондрий у нейронов мышей заставляло их расти с той же неторопливостью, что и человеческие.