Считается, что взрослые люди, как статуи, страдают от времени, но больше с ними никаких изменений не происходит, они такие, какие есть. И новые нейроны у взрослых больше не появляются. Однако это не совсем так, нейрогенез идет! Но в главной роли тут выступают не поп-звезды нейробиологии, нейроны, а малоизвестные герои нервной системы — глиальные клетки астроциты. Как образуются новые нервные клетки, объясняет Анастасия Раковская, инженер-исследователь Лаборатории молекулярной нейродегенерации Политеха Петра.
До недавнего времени нейробиологи считали, что центральная нервная система, включая мозг, не способна к образованию новых клеток и регенерации. Однако в 1990-х годах нейрональные стволовые клетки обнаружили в частях мозга взрослого человека, и нейрогенез взрослых теперь считается нормальным процессом. Под восстановлением в большинстве контекстов понимается деление и образование новых клеток, но у взрослого млекопитающего нейроны не делятся. Для восстановления клеток мозг использует запас нейрональных стволовых клеток и трансформирует их в новые нейроны. Стволовые клетки, по сути, незрелые клетки, которые еще не определились со своей идентичностью. Исследования нейрональных стволовых клеток старых крыс показали, что скорость их пролиферации, образования новых клеток путём митоза (при котором каждая из двух дочерних клеток получает генетический материал, идентичный исходной клетке), снижается на 80%. То есть нейрогенез продолжается на протяжении всей жизни, но его скорость снижается с возрастом.
Нейроны в мозге человека не способны к обновлению, нейроны с которыми вы родились остаются с вами на всю жизнь. Однако возможно образование новых связей между ними, что является особенно важным в функционировании мозга. В то же время, в распространении информации участвуют не только нейроны, но и астроциты, то есть глиальные клетки. Эти помощники в синаптической передаче как раз таки способны к делению.
В голове моей опилки деревья
Сделаем шаг назад перед тем, как идти дальше в научные дебри, и разберем типы нервных клеток.
Нейроны — фундаментальные единицы мозга и нервной системы, они отвечают за получение сенсорной информации из внешнего мира, за отправку двигательных команд нашим мышцам, а также за преобразование и передачу электрических сигналов в любой момент времени.
Нейрон можно сравнить с деревом. Он состоит из трех основных частей: дендритов, аксона и тела клетки, или сомы, которые можно представить как ветви, корни и ствол дерева соответственно. Дендрит (ветвь дерева) — это место, где нейрон получает входные данные от других клеток. Дендриты ветвятся по мере продвижения к кончикам, как это делают ветви деревьев, и на них даже есть листоподобные структуры, называемые шипами.
Аксон (корни деревьев) — это выходная структура нейрона; когда нейрон хочет поговорить с другим нейроном, он посылает электрическое сообщение, называемое потенциалом действия, по всему аксону. Сома (ствол дерева) — это место, где расположено ядро, ДНК нейрона и где белки транспортируются по аксону и дендритам.
При этом нейроны тесно взаимодействуют с другими типами клеток, которые в целом классифицируются как глия. (Нейро)глия — это клетки нервной ткани, выполняющие важнейшие функции по поддержанию процессов жизнедеятельности нейронов. Нейроглиальные клетки в 3–4 раза мельче нейронов, в отличие от последних обладают способностью к делению. Суммарно в мозге человека число клеток нейроглии (84,6 млрд) и нейронов (86,1 млрд) примерно одинаковое, но их соотношение в разных областях мозга меняется. Существует множество подтипов глиальных клеток, включая астроциты, олигодендроциты и микроглию и другие, каждый из которых специализируется на выполнении определенной функции. Глия не запускает потенциалы действия, и из-за этого раньше считалось, что она не более чем домохозяйка, обеспечивающая правильное функционирование нейронов. Сейчас эта точка зрения меняется, и астроциты, в частности, признаны ключевыми компонентами синапсов, которые могут влиять на то, как мы обрабатываем информацию.
Где в мозге рождаются новые клетки
Достоверно известно лишь о двух областях мозга, где происходит нейрогенез. У животных обнаружено значительное количество стволовых клеток, которые направляются к обонятельной луковице и способны порождать новые нейроны. В экспериментах, где животным наносили небольшие повреждения мозга, нейрональные стволовые клетки изменяли свой маршрут, стремясь к месту повреждения для его регенерации. Эти наблюдения вызвали большие надежды на возможность лечения различных травм мозга, включая инсульты. Однако реализация этой идеи оказалась значительно сложнее: стволовые клетки мигрируют к поврежденной области, но их дифференцирование в функциональные нейроны ограничено. Чаще всего они начинают делиться, но затем либо погибают, либо превращаются в другие типы клеток, включая глию.
Зубчатая извилина гиппокампа — это другая из областей, где обнаружен процесс нейрогенеза у взрослых, но пока мало изучены функции новообразованных клеток. Это связано с их ограниченным количеством и относительно недавним открытием. Однако уже ясно, что молодые нервные клетки играют важную роль в формировании памяти. Гиппокамп — ключевая структура для долговременной эпизодической памяти, а новые клетки, благодаря своей высокой пластичности, способствуют созданию памятных следов.
Нейрогенез также происходит при различных нейродегенеративных заболеваниях, как, например, болезнь Паркинсона и Альцгеймера. Более подробно остановимся на болезни Альцгеймера. Её причины до сих пор остаются неизвестными, поскольку это мультифакторное заболевание. В основе патогенеза лежит нарушение метаболизма белка бета-амилоида, фрагменты которого скапливаются в нейронах центральной нервной системы, приводя к их гибели. Различные фрагменты амилоида воздействуют на нейрогенез по-разному: например, растворимый предшественник амилоида-альфа (sAPPα) стимулирует все этапы нейрогенеза, в то время как внутриклеточный домен предшественника амилоида (AICD) и бета-амилоид-42 способствуют отмиранию нервных стволовых клеток, что снижает их пролиферацию и выживаемость. Активация нейрогенеза наблюдается даже на ранних стадиях болезни Альцгеймера, еще до проявления выраженной нейродегенерации и деменции, что, вероятно, свидетельствует о его адаптивной роли.
Подписывайтесь на канал «Теория большого Политеха», чтобы учиться лучше понимать самих себя!
Что ещё почитать?
