Когда взрослые клетки мозга повреждаются, они возвращаются в эмбриональное состояние, согласно новым результатам, опубликованным в выпуске журнала Nature от 15 апреля 2020 года исследователями из Медицинской школы Сан-Диего Университета Калифорнии с коллегами из других мест. Ученые сообщают, что в своем недавно принятом незрелом состоянии клетки становятся способны восстанавливать новые связи, которые при правильных условиях могут помочь восстановить утраченные функции.
Восстановление повреждений головного и спинного мозга может быть самой сложной задачей медицинской науки. Еще относительно недавно это казалось невыполнимой задачей. В новом исследовании излагается "транскрипционная дорожная карта регенерации во взрослом мозге."
"Используя невероятные инструменты современной нейробиологии, молекулярной генетики, вирусологии и вычислительные мощности, мы впервые смогли определить, как весь набор генов в клетке мозга взрослого человека сбрасывается, чтобы регенерировать. Это дает нам фундаментальное представление о том, как происходит регенерация на уровне транскрипции," сказал старший автор Марк Тушинский, MD, Ph.D., профессор нейробиологии и директор Института трансляционной нейробиологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Используя мышиную модель, Тушинский и его коллеги обнаружили, что после травмы зрелые нейроны во взрослом мозге возвращаются в эмбриональное состояние. "Кто бы мог подумать," сказал Тушинский. "Всего 20 лет назад мы думали о мозге взрослого человека как о статичном, окончательно дифференцированном, полностью сформировавшемся и неизменном."
Но работа Фреда "Ржавый" Гейдж, Ph.D., президент и профессор Института биологических исследований Солка и адъюнкт-профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего и другие обнаружили, что в гиппокампе и субвентрикулярной зоне постоянно образуются новые клетки мозга, пополняя эти области мозга на протяжении всей жизни.
"Наша работа еще больше радикализирует эту концепцию," Тушинский сказал. "Способность мозга восстанавливать или заменять себя не ограничивается двумя областями. Вместо этого, когда взрослая клетка коры головного мозга повреждается, она превращается (на уровне транскрипции) в эмбриональный нейрон коры головного мозга. И в этом возвращенном, гораздо менее зрелом состоянии он теперь может заново вырастить аксоны, если ему будет предоставлена среда для роста. На мой взгляд, это самая примечательная особенность исследования, которая шокирует."
Обеспечить "благоприятная среда для возобновления роста," Тушинский и его коллеги исследовали, как поврежденные нейроны реагируют на травму спинного мозга. В последние годы исследователи значительно расширили возможности использования трансплантированных нервных стволовых клеток для стимулирования восстановления после травмы спинного мозга и восстановления утраченной функции, по существу, путем побуждения нейронов к распространению аксонов через место повреждения и повторному соединению поврежденных нервов.
Например, в прошлом году многопрофильная группа под руководством доктора философии Коби Коффлера.D., доцент нейробиологии, Тушинский, и Шаочен Чен, Ph.D., профессор наноинженерии и преподаватель Инженерного института медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего описал использование имплантатов с трехмерной печатью для ускорения роста нервных клеток при травмах спинного мозга у крыс, восстановления связей и утраченных функций.
Последнее исследование произвело второй сюрприз: в стимулировании роста и восстановления нейронов один из основных генетических путей включает ген Хантингтина (HTT), который при мутации вызывает болезнь Хантингтона, разрушительное заболевание, характеризующееся прогрессирующим разрушением нервных клеток в мозг.
Команда Тушинского обнаружила, что "регенеративный транскриптом"- набор молекул матричной РНК, используемых кортикоспинальными нейронами, – поддерживается геном HTT. У мышей, генетически модифицированных без гена HTT, повреждения спинного мозга показали значительно меньшее прорастание и регенерацию нейронов.
"Несмотря на то, что было проделано много работы, чтобы попытаться понять, почему мутации Хантингтина вызывают заболевание, гораздо меньше известно о нормальной роли Хантингтина," Тушинский сказал. "Наша работа показывает, что Хантингтин необходим для восстановления нейронов головного мозга. Таким образом, мутации в этом гене могут привести к потере взрослого нейрона для самовосстановления. Это, в свою очередь, может привести к медленной дегенерации нейронов, что приводит к болезни Хантингтона."