Как восстанавливаются клетки мозга?

Когда взрослые клетки мозга травмируются, они возвращаются в эмбриональное состояние, согласно новым данным, опубликованным в выпуске Nature от 15 апреля 2020 года. Ученые сообщают, что ставшие незрелыми в результате такой трансформации клетки становятся способными к повторному выращиванию новых связей, которые при правильных условиях могут помочь восстановить утраченную функцию.

Возможно, самой сложной задачей медицины является восстановление повреждений головного и спинного мозга. До недавнего времени это казалось невыполнимой задачей. В новом исследовании излагается “транскрипционная дорожная карта регенерации в мозге взрослого человека”.”

“Используя невероятные инструменты современной нейробиологии, молекулярной генетики, вирусологии и вычислительной мощи, мы впервые смогли определить, как весь набор генов в клетке мозга взрослого человека сбрасывается для того, чтобы снова восстановиться. Это дает нам фундаментальное понимание того, как на транскрипционном уровне происходит регенерация”, – говорит старший автор Марк Тушински, доктор медицинских наук, профессор неврологии и директор Института трансляционной неврологии при Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Используя мышиную модель, Тушински и его коллеги обнаружили, что после травмы зрелые нейроны в мозге взрослого человека возвращаются в эмбриональное состояние.

“Кто бы мог подумать. Всего 20 лет назад мы думали о взрослом мозге как о статичном, окончательно дифференцированном, полностью сформировавшемся и неизменном.”- говорит Тушински.

Но ученые под руководством доктора философии Фреда “Расти” Гейджа обнаружили, что новые клетки мозга постоянно вырабатываются в гиппокампе и субвентрикулярной зоне, восполняя эти области мозга на протяжении всей жизни.

“Наша работа еще больше радикализирует эту концепцию”, -говорит Тушински. “Способность мозга восстанавливаться не ограничивается только двумя областями. Когда повреждается взрослая мозговая клетка коры головного мозга, она возвращается (на транскрипционном уровне) к состоянию эмбрионального кортикального нейрона. И в этом не зрелом состоянии она способна вновь отрастить аксоны, если ей будет предоставлена среда для роста. На мой взгляд, это самая заметная особенность исследования и это просто шокирует.”

Чтобы обеспечить “благоприятную среду для восстановления роста”, Тушинский и его коллеги исследовали, как поврежденные нейроны реагируют на травму спинного мозга. В последние годы исследователи значительно расширили возможности использования трансплантированных нейронных стволовых клеток для ускорения восстановления поврежденного спинного мозга и восстановления утраченных функций. Главным образом, путем побуждения нейронов протягивать аксоны вокруг места повреждения, вновь соединяя разорванные нервы.

В прошлом году мультидисциплинарная команда, возглавляемая доктором философии Коби Коффлером, Тушински и Шаочен Ченом, описала использование трехмерных печатных имплантатов для стимулирования роста нервных клеток при повреждениях спинного мозга у крыс, чтобы восстановить связи и утраченные функции.

Последнее исследование принесло еще один сюрприз: один из важнейших генетических путей в стимулировании роста и восстановления нейронов включает в себя ген белка Хантингтина (HTT), который вызывает при мутации болезнь Хантингтона- серьезное заболевание, характеризующееся прогрессирующим разрушением нервных клеток в головном мозге.

Команда Тушинского обнаружила, что”регенеративный транскриптом” – совокупность молекул информационной РНК, используемых кортикоспинальными нейронами,- поддерживается геном HTT. У генетически модифицированных мышей с отсутствующим геном HTT наблюдалось значительно меньшее прорастание и регенерация нейронов при повреждении спинного мозга

“Хотя была проделана большая работа, чтобы понять, почему мутации гена Хантингтина вызывают болезни, очень мало известно о нормальной роли этого гена”, – говорит Тушински. “Наша работа показывает, что Хантингтин необходим для ускорения восстановления нейронов головного мозга. Таким образом, можно понять, почему мутации в этом гене приведут к потере возможности восстановления для взрослого нейрона. Это, в свою очередь, может вызвать медленную дегенерацию нейронов, что приведет к развитию болезни Хантингтона.”