Генетически модифицированная версия вируса бешенства помогает ученым из Гарварда отслеживать нервные пути в головном мозге – исследовательская работа, которая в один прекрасный день может привести к лечению болезни Паркинсона и зависимости.
Как описано в статье, опубликованной 7 июня в журнале Neuron, группа исследователей во главе с доцентом молекулярной и клеточной биологии Наошиге Учида использовала вирус для создания первого в истории исчерпывающего списка входов, которые напрямую подключаются к дофаминовым нейронам. области мозга, вентральная тегментальная область (VTA), известная обработкой вознаграждения, и черная субстанция (SNc), известная своей моторной регуляцией.
"Возможно, вам знаком термин коннектом," Учида объяснил. "Основная идея состоит в том, что мы хотим понять мозг с точки зрения связи и различных типов клеток. В этом случае мы изучаем соединения на большие расстояния; то есть, как другие части мозга напрямую подключаются к дофаминовым нейронам.
Считается, что дофаминовые нейроны важны для обработки вознаграждения и регулирования двигательной активности.
"Понимая их вклад, мы могли бы лучше понять, как регулируется функция дофаминовых нейронов, и, в свою очередь, как возникает зависимость и как проблемы с дофаминовыми нейронами влияют на болезнь Паркинсона и другие нарушения моторного контроля," Учида продолжил. "И поскольку это приложение предоставляет нам очень количественные данные, вполне возможно, что это метод, который может быть полезен для устранения причин этих заболеваний."
Однако создать эту диаграмму подключения совсем не просто.
Хотя известно, что и VTA, и SNc имеют высокие концентрации дофаминовых нейронов, Учида решил исследовать обе области, потому что клетки в этих двух областях активируются по-разному.
"Мы хотели узнать, в чем вообще разница," Учида сказал. "Вот почему мы сравнили входные данные для обеих структур. Основываясь на том, как там связаны другие нейроны, мы можем начать объяснять, почему эти две области мозга делают разные вещи."
Проблема, однако, заключается в том, что дофаминовые нейроны упакованы в относительно небольшие области с несколькими другими типами клеток. Чтобы убедиться, что они наблюдают только дофаминовые нейроны, исследователи обратились к организму, более известному тем, что повреждают нейроны. вирус бешенства.
Однако, прежде чем они заразят мышей, созданных с помощью генной инженерии, вирусом бешенства, они сначала вводят животным пару инъекций "помощник" вирусы. Первый заставляет дофаминовые нейроны продуцировать рецепторный белок, то есть вирус бешенства может инфицировать только дофаминовые нейроны, а второй восстанавливает способность вируса к "прыгать" от одного нейрона к другому.
Затем мышей заражают версией вируса бешенства, которая была генетически модифицирована для производства флуоресцентного белка, что позволяет исследователям отслеживать вирус, поскольку он связывается с дофаминовыми нейронами, а затем переходит к клеткам, которые напрямую связаны с этими нейронами.
Результаты, представленные на изображениях мозга мыши, показывающих множество связей с дофаминовыми нейронами, показывают, что ряд областей мозга ?? включая некоторые ранее неизвестные районы ?? связаны с дофаминовыми нейронами.
"Мы обнаружили несколько новых связей, и мы обнаружили некоторые, которые, как мы подозревали, были там, но которые не были хорошо поняты," Учида сказал. "Например, мы обнаружили, что существует связь между моторной корой и SNc, которая может быть связана с ролью дофаминовых нейронов SNc в моторном контроле.
"Однако другие связи были более интригующими," он продолжил. "Мы обнаружили, что субтальмическое ядро преимущественно соединяется с нейронами SNc ?? это особенно важно, потому что эта область является популярной целью для глубокой стимуляции мозга в качестве лечения болезни Паркинсона."
Глубокая стимуляция мозга, которую часто используют для лечения болезни Паркинсона и ряда других заболеваний, включает имплантацию устройства, называемого кардиостимулятором, в мозг пациента. Затем устройство электрически стимулирует определенные области мозга, помогая смягчить симптомы болезни.
"Механизм того, почему работает глубокая стимуляция мозга, до конца не изучен," Учида сказал. "Было предположение, что он мог ингибировать нейроны в субтальмическом ядре, но наши результаты предполагают, что, поскольку существует прямая связь между этими нейронами и дофаминовыми нейронами в SNc, он фактически активирует эти нейроны. Я не думаю, что это объясняет весь механизм работы глубокой стимуляции мозга, но это может быть его частью."
"Эта работа также предлагает нам дорожную карту для других областей, которые мы могли бы исследовать, поэтому теперь мы можем нацеливаться на эти области и записывать из них," Учида добавил. "Это важный шаг для будущих расследований."