В исследовании, которое опубликовано в журнале Nature Neuroscience, ученые сообщают, что появление определенных клеток головного мозга во время развития опухоли головного мозга в модели мыши отметило начало вторжения опухоли головного мозга и конфискаций. Улучшенное понимание того, как опухоли головного мозга вызывают конфискации, может потенциально привести к стратегиям предотвратить их или рассматривать их.«Мы начали этот проект, изучив нормальные клетки головного мозга», сказали co-ведущий-автор доктор Бенджамин Денин, адъюнкт-профессор в Центре Стволовой клетки и Регенеративной Медицины в Бэйлоре и Неврологического Научно-исследовательского института в Техасе Детская Больница. «У мозга есть миллиарды клеток, из которых только 30 процентов – нейроны. Астроциты – преобладающий тип клетки остающихся 70 процентов.
Удивительно, астроциты не были изучены в таком количестве деталей, как нейроны имеют».«Хотя астроциты часто широко категоризируются как один тип клетки, большое разнообразие существует в функциях, выполненных этими клетками», сказали co-ведущий-автор доктор Чед Критон, адъюнкт-профессор медицины и член Дэна Л Дункана Всестороннее Подразделение Онкологического центра Биостатистики в Бэйлоре.
Астроциты играют разнообразные роли в мозгу, от поддержки функций нейронов, участвующих в формировании синапса и функции и в выпуске нейромедиаторов, к созданию гематоэнцефалического барьера и других функций. То, что не известно, – выполнены ли все эти функции различным поднаселением астроцитов. Это исследование исследует клеточное и функциональное разнообразие самого загадочного, все же самого богатого типа клетки в мозгу.
Ответ на этот фундаментальный вопрос служил отправной точкой для этого расследования.Лучше понимая недооцениваемый астроцит
Исследователи взяли население астроцитов мыши, которые до сих пор считались типом клетки с небольшим разнообразием и использовали молекулярные маркеры, выраженные на поверхности клеток, чтобы разделить клетки на поднаселение согласно выраженным маркерам поверхности клеток. Они определили пять поднаселения – ученые назвали их поднаселением A, B, C, D и E – каждый содержащий уникальную комбинацию маркеров поверхности клеток.
Это поднаселение последовательно присутствовало через несколько различных областей мозга.Дальнейшие исследования показали, что каждое поднаселение астроцитов выразило отличные наборы генов. Эти молекулярные подписи предположили, что каждое поднаселение могло бы играть различные роли в мозгу.
В частности, ученые интересовались поднаселением C, который выразил значительное количество генов, связанных с синапсами, соединения, которые передают импульсы нерва, которые соединяют сети нейронов в мозгу.Исследователи сравнили способность различного поднаселения астроцитов, чтобы поддержать формирование и функцию синапсов между нейронами.
«В лаборатории мы объединили отдельное поднаселение астроцитов с нейронами и измерили формирование синапса и функцию», сказал Денин. «Мы нашли, что нейроны, выведенные с поднаселением C, сделали больше синапсов, чем нейроны выведенный с другим поднаселением».Взятый вместе, эти результаты показали, что астроциты в нормальном мозгу мыши включают по крайней мере пять отличного поднаселения, которое дифференцированно поддерживает формирование синапса и функцию.Соединение астроцитов к человеческой глиоме«Астроциты связаны с многочисленными неврологическими условиями, включая травму, рассеянный склероз, аутизм, шизофрению, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона и опухоли головного мозга. Учитывая, что мы нашли разнообразное поднаселение астроцита, интересно, могло ли бы это поднаселение также объяснить вклады астроцита в массу различных неврологических болезней», сказал Денин.
Один из интересов лаборатории Deneen определяет механизмы, которые регулируют развитие астроцита и как эти клетки способствуют неврологическим болезням, в особенности человеческой глиобластоме multiforme, самому агрессивному и смертельному типу опухоли головного мозга. В подобных рак приблизительно 80 процентов опухоли включают преобразованные подобные астроциту клетки, и, так же, как в случае нормальной мозговой ткани, разнообразие этого поднаселения опухолевой клетки и функций при опухолях головного мозга не было изучено подробно.В этом случае ученые использовали другой подход, чтобы определить, включают ли подобные астроциту клетки при человеческой глиобластоме различное поднаселение астроцита.
«Мы использовали общедоступные геномные наборы данных, чтобы помочь нам понять то, что отличает различные типы астроцитов друг от друга», сказал Критон. «Геномные наборы данных собирают все геномы – все гены – различных типов клеток. Используя этот ресурс, мы обнаружили, что каждый тип человеческого астроцита показал очень отличительные образцы активации генов.
Это было, сравнивая эти образцы с образцами, связанными с раком мозга или с эпилепсией, используя общественные данные, которые мы обнаружили, как у определенных типов астроцитов, кажется, есть роли в этих болезнях».Чтобы поддержать это, астроциты, казалось, играли роль в человеческой глиобластоме, исследователи генетически спроектировали две модели мыши болезни и заметили, что поднаселение астроцита также присутствует в опухолях мыши. Поднаселение также присутствует в основных человеческих экземплярах человеческой глиобластомы multiforme.Астроциты и конфискации
Одна поразительная особенность глиобластомы, которая обычно приводит к открытию опухоли, является эпилептическими конфискациями.В одном случае Денин говорил с доктором Джеффри Л. Ноебелсом об этом исследовании. Ноебелс, который является преподавателем невралгии, нейробиологии, и молекулярной и человеческой генетики, директора Синего Круга Птицы Лаборатория Нейрогенетики Развития в Бэйлоре и является лидером в области эпилепсии, попросил, чтобы Денин, «сделали у Ваших мышей с опухолями головного мозга есть конфискации?» «Они делают», сказал Денин.
Этот разговор принудил к планированию ряда экспериментов в моделях мыши глиомы определять временные рамки конфискаций и было ли различное sub население подобных астроциту клеток в опухоли связано с конфискациями.Результаты этих экспериментов показали, что, поскольку опухоль растет, возбудимость смежных нейронов прогрессивно увеличивается.
Спустя семьдесят дней после рождения, у мышей были видимые конфискации, которые коррелировали с появлением поднаселения астроцита C. Далее связывая это подобное астроциту поднаселение с конфискациями, ученые показали, что поднаселение C выражает значительное количество генов, связанных с эпилепсией.В то время как поднаселение C, кажется, связано с конфискациями в модели мыши глиобластомы, поднаселение B и D показали, что они смогли мигрировать больше в лабораторном испытании, чем население C.«Взятый все вместе, доказательства модели мыши глиобластомы указывают, что, поскольку опухоль развивается, различное поднаселение подобных астроциту клеток развивается в опухоли и выполняет отличные функции, которые связаны с двумя важными особенностями опухоли, синаптическая неустойчивость, которая может привести к конфискациям и миграции опухоли, которая может привести к вторжению опухоли в другие ткани», сказал Денин.«Меньше чем половине пациентов с эпилепсией, вызванной опухолью головного мозга, можно помочь с существующими противоэпилептическими средствами», сказал Ноебелс, соавтор работы. «Мы не понимаем точно, как злокачественные клетки вызывают конфискации, или почему конфискации сохраняются после операции опухоли. До сих пор мы могли только изучить эту мозговую ткань на более поздних вводящих в заблуждение стадиях.
Я взволнован, что эта экспериментальная модель следующего поколения у мышей будет позволять нам изучать, впервые, самые ранние эффекты человеческих опухолей на мозговых схемах, прежде чем конфискации на самом деле начнут и поймут механизмы. Эти исследования были бы важным шагом вперед в уходе за больным, позволив клиницистам обойти драгоценные месяцы, проведенные, ища эффективную терапию, чтобы остановить конфискации.
Поскольку сами конфискации повреждают мозговую ткань, своевременная эффективная терапия существенная».