Чтобы позволить нейронам говорить, иммунные клетки расчищают пути через «леса» мозга

By Борис Макаров No comments

brain
Кредит: Unsplash/CC0 Public Domain

Чтобы создать новые воспоминания, наши клетки мозга должны сначала найти друг друга. Небольшие выступы, которые выходят из концов длинных ветвящихся щупалец нейронов, соединяют нейроны вместе, чтобы они могли говорить. Эти порты клеточной болтовни, называемые синапсами и обнаруживаемые в триллионах по всему мозгу, позволяют нам представлять новые знания. Но ученые все еще изучают, как эти связи формируются в ответ на новый опыт и информацию. Теперь, исследование, проведенное учеными в Институте неврологии им. Вейля из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, выявило удивительный новый способ, которым иммунные клетки мозга помогают.

В последние годы ученые обнаружили, что выделенные иммунные клетки мозга, называемые микроглией, могут помочь избавиться от ненужных связей между нейронами, возможно, поглощая синапсы и разрушая их. Но новое исследование, опубликованное 1 июля 2020 года в Cell, обнаруживает, что микроглия также может делать обратное — прокладывать путь новым синапсам, разбивая плотную паутину белков между клетками, освобождая пространство чтобы нейроны могли найти друг друга. По словам исследователей, продолжение изучения этой новой роли микроглии может в конечном итоге привести к новым терапевтическим мишеням при некоторых нарушениях памяти.

Нейроны живут в гелеобразной сети белков и других молекул, которые помогают поддерживать трехмерную структуру мозга. Эти строительные леса, все вместе называемые внеклеточным матриксом (ECM), уже давно стали второстепенными в нейробиологии. В течение десятилетий исследователи сосредоточились на нейронах, а в последнее время на поддерживающих их клетках в значительной степени считали, что ECM не важен.

Но нейробиологи начинают понимать, что ECM, который составляет около 20 процентов мозга, на самом деле играет роль в таких важных процессах, как обучение и память. Например, в определенный момент развития мозга затвердевающий ECM, по-видимому, тормозит быстрое развитие новых нейронных связей у детей, что, по-видимому, смещает приоритет мозга с головокружительной адаптации к новому окружающему миру, более стабильное поддержание знаний с течением времени. Ученые также задаются вопросом, может ли жесткость внеклеточного матрикса на более поздних этапах жизни каким-либо образом соответствовать проблемам памяти, возникающим при старении.

«Внеклеточный матрикс присутствует здесь все время», — сказал первый автор исследования Фи Нгуен, аспирант биомедицинских наук в UCSF. «Но это определенно недостаточно изучено».

Нгуен и его советник, Анна Молофски, доктор медицинских наук, доцент кафедры психиатрии и поведенческих наук UCSF, впервые поняли, что ECM имеет важное значение для их исследований гиппокампа, структуры мозга, необходимой для обучения. и память, когда эксперимент дал неожиданные результаты. Зная, что микроглия разжевывает устаревшие синапсы, они ожидали, что нарушение функции микроглии вызовет рост числа синапсов в гиппокампе. Вместо этого номера синапсов упали. И там, где они думали, что найдут фрагменты синапсов, разбитых в «брюшках» микроглии, вместо этого они нашли фрагменты ECM.

«В этом случае микроглия ела что-то другое, чем мы ожидали», — сказал Молофски. «Они поглощают пространство вокруг синапсов — удаляя препятствия, чтобы помочь формированию новых синапсов».

Прежде чем приступить к действию, микроглия ждет сигнала от нейронов, иммунной молекулы под названием IL-33, указывающей, что пришло время для формирования нового синапса, показало исследование. Когда исследователи использовали генетические инструменты для блокирования этого сигнала, микроглия не смогла выполнить свои обязанности по ECM-chomping, что привело к уменьшению числа новых связей между нейронами в мозге мышей и заставило мышей изо всех сил помнить определенные детали с течением времени. Когда исследователи повысили уровень передачи сигналов IL-33, число новых синапсов увеличилось. У более старых мышей, у которых старение мозга уже замедляет образование новых соединений, наращивание IL-33 помогло подтолкнуть число новых синапсов к более молодому уровню.

Исследование может быть важно для понимания — и, возможно, когда-нибудь лечения — проблем с памятью, которые мы видим при возрастных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, по словам соавтора исследования Мазена Хейрбека, доктора философии, доцента психиатрии. чья лаборатория изучает контуры мозга, участвующие в настроении и эмоциях. Но результаты могут также быть важны для определенных типов проблем с эмоциональной памятью, которые иногда наблюдаются при тревожных расстройствах.

Чтобы определить, как изменения в IL-33 влияют на память, исследователи научили мышей различать коробку, вызывающую беспокойство (внутри которой мыши получили легкий шок стопы) и нейтральную коробку. Через месяц нормальные мыши выражали гораздо больший страх в коробке, связанной с шоком, замораживанием на месте (рефлекс грызунов, чтобы отбросить хищников), чем в нейтральной коробке, где они перемещались более небрежно. Но мыши с нарушенным ИЛ-33 выражали высокий уровень страха в каждой коробке, предполагая, что они потеряли вид точной памяти, необходимой для определения того, когда им следует бояться и когда они в безопасности.

Хейрбек уподобляет этот чрезмерно обобщенный ответ страху, вызванному травмой, который может возникнуть в результате ограбления на стоянке ночью. Вместо того, чтобы отделить эту страшную память от новых, возможно, менее угрожающих событий, у некоторых людей может развиться общий страх, который затрудняет им вхождение в любое место на парковке в любое время. «Недостаток этой способности иметь очень точные эмоциональные воспоминания проявляется во многих тревожных расстройствах, особенно в ПТСР», — сказал он. «Это чрезмерная генерализация страха, которая может реально помешать вашей жизни».

Со стороны Молофски, наткнувшись на эту неожиданную находку, она стала стремиться узнать больше о ECM и о том, как он влияет на то, как мы учимся. В настоящее время ее лаборатория работает над выявлением новых плохо охарактеризованных частей матрицы, чтобы найти еще не документированные способы ее взаимодействия с нейронами и микроглией в мозге.

«Я влюблен во внеклеточный матрикс», — сказал Молофски. «Многие люди не понимают, что мозг состоит не только из нервных клеток, но и из клеток, которые поддерживают мозг здоровым, и даже пространство между клетками заполнено захватывающими взаимодействиями. Я думаю, что много новых методов лечения для мозговых расстройств может прийти, помня это. «

Добавить комментарий