Стрелка указывает на новорожденный нейрон, который был добавлен к ядру песни мозга взрослого певчего воробья. Другие зеленые клетки – зрелые нейроны
(PhysOrg.com) – Подобно часовому механизму, области мозга у многих видов певчих птиц сезонно расширяются и сжимаются в ответ на гормоны. Впервые нейробиологи Вашингтонского университета прервали эту естественную "ежегодный ремонт" мозга и показали, что существует прямая связь между смертью старых нейронов и их заменой новорожденными у живого позвоночного.
Ученые ввели химическое вещество в одну сторону мозга воробья в области, которая помогает контролировать пение, чтобы остановить апоптоз, программу самоубийства клеток. Через двадцать дней после введения гормонов исследователи обнаружили, что новых нейронов на 48 процентов меньше, чем в той части мозга, которая не получила ингибитор клеточного самоубийства.
"Это первая демонстрация того, что, уменьшая апоптоз, вы также уменьшаете количество новых клеток мозга у живого животного. Следующий шаг – понять этот процесс на молекулярном уровне," сказал Элиот Бреновиц, профессор психологии и биологии Университета штата Вашингтон и соавтор нового исследования. Его соавтор – Кристофер Томпсон, который получил докторскую степень в UW и сейчас работает в Свободном университете Берлина.
"Сезонное гормональное снижение у птиц может имитировать возрастное снижение уровня гормонов человека. Здесь у нас есть модель птицы, которая является естественной, и, возможно, аналогичные гены имеют аналогичную функцию у людей с дегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также с инсультами, которые связаны с гибелью нейронов."
В исследовании участвовали белоснежные воробьи Гамбеля, подвид певчих птиц, которые зимуют в Калифорнии и мигрируют на Аляску весной и летом, чтобы размножаться и выращивать своих детенышей. Области мозга воробья, в том числе HVC, которые контролируют выученное пение у самцов, расширяются и сужаются в зависимости от сезона. Томпсон и Бреновиц ранее обнаружили, что нейроны в HVC начинают умирать в течение четырех дней после того, как стероидный гормон тестостерон выводится из мозга птицы. Тысячи нейронов умерли за это время.
В новой работе исследователи из UW получили разрешение федерального правительства и штата на отлов 10 воробьев в Восточном Вашингтоне в конце сезона размножения. После трехмесячного содержания птиц в помещении они кастрировали воробьев, а затем искусственно довели их до состояния размножения, имплантировав тестостерон и поместив их в тех же условиях длительного дневного освещения, в которых они были бы естественным образом подвержены воздействию на Аляске. Это вызвало полный рост системы управления песней в мозгу птиц.
Затем исследователи перевели птиц в состояние без размножения, уменьшив количество света, которому они подвергаются, и удалив имплантированный тестостерон. Они наполнили HVC на одной стороне мозга химическими веществами, называемыми ингибиторами каспаз, которые блокируют апоптоз, и двумя химическими маркерами, которые выделяют зрелые и новые нейроны. Двадцать дней спустя птиц умерщвляли, а срезы их мозга исследовали под микроскопом.
Эти процедуры были выполнены с одобрения Институционального комитета по уходу и использованию животных UW и Национального института психического здоровья. Последний профинансировал исследование.
HVC охватывает оба полушария мозга, но эти две стороны не связаны напрямую. Когда Томпсон подсчитал количество новорожденных нейронов, которые мигрировали в HVC, он обнаружил только несколько сотен из сотен тысяч зрелых нейронов, которые он исследовал. И было почти вдвое меньше новых нейронов на той стороне HVC, где гибель клеток мозга подавлялась, по сравнению с другой, необработанной стороной HVC.
"Это показывает, что существует прямая связь между смертью старых нейронов и добавлением новых клеток, которые родились в другом месте мозга и мигрировали," сказал Бреновиц. "Что позволяет новым клеткам встраиваться в мозг – большой вопрос. Это особенно верно на молекулярном уровне, где мы хотим знать, какова связь между гибелью клеток и нейрогенезом и какие гены ответственны за это."
Дополнительная информация: статья была опубликована в недавнем выпуске журнала Neuroscience.
Источник: Вашингтонский университет (новости: в сети)