Нейробиологи из Онкологического центра Фреда Хатчинсона обнаружили, что часто упускаемый из виду тип клеток головного мозга, называемый глией, играет большую роль в функционировании мозга, чем считалось ранее.
В журнале Cell Reports нейробиолог Фред Хатч Ааканша Сингхви, доктор философии, и ее команда сообщают , что одна глиальная клетка использует разные молекулы для связи с разными нейронами. Тщательная кластеризация этих молекул гарантирует, что глиальная клетка может вести четкий «разговор» с каждым нейроном. С помощью этих молекулярных посредников глия может влиять на то, как нейроны реагируют на сигналы окружающей среды, такие как температура и запах.
«Это первый очень четкий признак того, что глиальная клетка собирается поместить определенные молекулы в определенные места контакта, чтобы регулировать эти нейроны на уровне отдельных клеток, что будет иметь последствия для поведения животного», — сказал Сингхви, ассистент профессор отделения фундаментальных наук в университете Фреда Хатча.
Глиальные клетки составляют около половины клеток мозга, но другая половина клеток — нейроны — обычно привлекает больше всего нашего внимания из-за своей центральной роли в наших мыслях, ощущениях и поведении. Менее блестящая, чем нейроны, которые буквально пульсируют электричеством, глия, по-видимому, играла чисто вспомогательную роль. Нейробиологи назвали их простым «клеем», который помогает нейронам скрепляться, или «нянями», которые обеспечивают нейронам поддержку, но не руководство.
Сингхви входит в число нейробиологов , возглавляющих задачу переоценки важности глии.
«В последние несколько лет растет понимание того, что глиальные клетки могут способствовать развитию многих заболеваний головного мозга, от эпилепсии до болезни Альцгеймера», — сказал Сингхви. «Чтобы получить более целостную и клинически значимую картину функций мозга, нам нужно вернуться к основам и более полно понять, как глия и нейроны работают вместе».
Чтобы раскрыть основы биологии глиальных клеток, Сингхви помог разработать использование Caenorhabditis elegans, крошечных прозрачных червей (также называемых нематодами). У каждого червя точно одинаковое количество клеток, в том числе 302 нейрона на животное и всего 56 глии. Хотя может показаться, что у нас мало общего с червями, их нейроны и глия работают так же, как наши.
Сингхви и Снеха Рэй — первый автор исследования и аспирант лаборатории Сингхви — сосредоточились на одной из этих глиальных клеток, называемой амфидной оболочкой (AMsh), чтобы увидеть, как они взаимодействуют с сенсорным нейроном, называемым AFD, который определяет температуру для C. elegans. .
Используя мощные микроскопы, чтобы сосредоточиться на отдельных нейронах и глии, исследователи искали белок под названием KCC-3, который, как ранее обнаружил Сингхви, помогает передавать сигналы через клеточные мембраны. Исследователи быстро увидели, что KCC-3 неравномерно распределен по мембране глиальных клеток. Вместо этого белок сгруппировался в одном месте вдоль границы между глиальной клеткой (AMsh) и сенсорным нейроном (AFD).
«Мы поняли, что он находится рядом с чувствительным к температуре нейроном — но не с каким-либо другим — который, по сути, является глиальной клеткой, знающей разницу в полмикрона [миллионную долю метра] между двумя нейронами», — сказал Сингхви.
Команда обнаружила как минимум три типа молекулярных кластеров, которые соединяют глию AMsh с различными сенсорными нейронами.
Рэй и Сингхви также обнаружили, что хотя каждый нейрон, окруженный AMsh, воспринимает разные сигналы окружающей среды, глиальная клетка может помочь интегрировать информацию по разным цепям и позволить нейронам в одной сенсорной цепи (например, температуре) влиять на функцию нейронов в другой цепи (например, температура). например те, которые пахнут специфическими запахами). Таким образом, одна глиальная клетка может помочь червю реагировать на более широкую картину окружающей среды, а не просто помогать нейронам передавать отдельные внешние сигналы.
«Когда вы думаете о том, что нужно, чтобы стать нематодой, это очень сложно», — сказал Сингхви.
Что делает червь, когда он встречает дразнящий запах, сигнализирующий о еде, — как раз в тот момент, когда окружающая среда становится опасно теплой? Он должен сбалансировать эти различные исходные данные и принять решение.
«Червь не сгорит — он слишком умен, чтобы гореть», — сказал Сингхви.
По ее словам, разделение, обнаруженное ею и Рэем, вероятно, имеет решающее значение для способности нематод (или человека) взвешивать такие важные факторы, как тепло и запах. Это позволяет животному иметь несколько цепей, работающих одновременно, без путаницы в перекрестных соединениях.
Что касается возможных применений для здоровья человеческого мозга, Сингхви отметила, что тот же белок KCC-3, который она изучает на нематодах, также необходим для функционирования мозга у людей. Нарушения KCC-3 связаны с тяжелым нарушением развития головного мозга, называемым агенезией мозолистого тела или синдромом Андермана, а также с предрасположенностью к судорогам и нейродегенерацией. Различия в схемах мозга связаны с такими состояниями, как аутизм, эпилепсия и шизофрения.
«Наш мозг регулярно обрабатывает несколько входных сигналов или сенсорных сигналов параллельно», — сказал Сингхви. «Наше исследование, показывающее, что глия может быть проводником между цепями мозга, поможет нам понять различные способы нарушения этих цепей».
