Пролив новый свет на то, как клетки мигрируют в развивающемся мозге, исследователи из онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона также, возможно, обнаружили новый механизм, с помощью которого другие типы клеток, включая раковые, перемещаются внутри тела. Выводы Джонатана Купера, доктора философии.D., член и директор Отделения фундаментальных наук Центра Хатчинсона и Ив Жоссен, доктор философии.D., научный сотрудник лаборатории Купера, опубликованный 24 апреля в журнале Nature Neuroscience, может привести к лучшему пониманию неврологического развития и, возможно, метастазирования рака.
Во время нормального развития клетки делятся, выстраиваются в соответствующие структуры и специализируются на формировании отдельных тканей и органов. Для правильного развития тела клетки должны координировать свои миграционные паттерны и процесс, с помощью которого они дифференцируются, или эволюционируют из менее специализированных клеток в более специализированные типы клеток. Отсутствие такой координации приводит к нарушению развития и, в некоторых случаях, к раку.
Джоссин и Купер решили проанализировать, как клетки мигрируют в коре головного мозга развивающегося мозга. Кора головного мозга, серое вещество головного мозга, является центром управления и контроля мозга, где происходят познание и планирование, и это особенно хорошо развито у людей.
Кора головного мозга состоит из горизонтальных слоев нервных клеток или нейронов, которые специализируются на различных функциях и связаны вертикально в цепи. Если некоторые нейроны находятся в неправильных слоях, проводка может быть дефектной, что может привести к неврологическим расстройствам, включая эпилепсию, аутизм и шизофрению.
У плода растет кора головного мозга "шиворот навыворот" путем последовательного добавления новых нейронов, которые перемещаются изнутри, проходят между нейронами в ранее установленных промежуточных слоях и образуют новые слои снаружи. Как регулируются миграции, остается неясным, несмотря на годы исследований.
Джоссин и Купер теперь сообщают об обнаружении сигналов, которые контролируют конкретную стадию пути коркового нейрона. Новые нейроны сначала движутся по прямой линии изнутри наружу, пока не достигнут слоя, называемого промежуточной зоной. В этой зоне относительно мало нейронов, но много соединительных волокон или аксонов. Когда новые нейроны достигают этого слоя, они сбиваются с пути и начинают блуждать ?? вверх, вниз, влево и вправо, часто меняя направление. Когда, казалось бы, случайно, они выходят из промежуточной зоны, они перестраиваются в своем первоначальном направлении движения и ускоряются вперед через слои дифференцированных нейронов к внешней поверхности коры.
Исследователи стремились определить, как нейроны возвращаются в нужное русло после того, как они выходят из хаоса промежуточной зоны. Они определили сигнальный белок, называемый рилин, который вырабатывается клетками внешнего слоя коры. В течение многих лет было известно, что мутации в гене рилина вызывают глубокие нарушения коркового слоя у грызунов и людей, но неясно, какая стадия миграции нейронов идет наперекосяк, когда рилин отсутствует.
Новое исследование показывает, что новые нейроны реагируют на рилин, когда они выходят из промежуточной зоны. "Это примечательно, потому что верхний слой коры, где производится рилин, широко отделен от верхней части промежуточной зоны, где он действует, поэтому белок рилин должен быть диффузным," Купер сказал. "Также примечательно, что Рилин сам по себе не является сигналом направления. Скорее, рилин вызывает изменения в мембранах мигрирующих нейронов, которые позволяют клеткам реагировать на сигналы направления."
Исследователи показывают, что мембранный белок, называемый N-кадгерином, увеличивается на поверхности нейронов, когда нейроны сталкиваются с рилином. Увеличение поверхности N-кадгерина позволяет клетке выбрать подходящее направление для следующей стадии миграции. "Это представляет собой новую и удивительную функцию N-кадгерина," Джоссин сказал, "потому что обычно этот белок действует как клеточный стабилизатор, а не как оркестратор миграции."
Например, в другом месте коры N-кадгерин образует плотные адгезии между соседними клетками и препятствует их перемещению. Действительно, основная роль кадгеринов в организме заключается в стабилизации слоев клеток и организации тканей путем удержания клеток вместе.
"Новая роль N-кадгерина в ориентировании мигрирующих клеток является довольно неожиданной и предполагает, что кадгерины на поверхности других типов нормальных или раковых клеток также могут участвовать в помощи им в движении, а не оставаться на месте," Джоссин сказал. "Это открытие может дать новые ключи к разгадке того, как нормальные и раковые клетки мигрируют в организме," он сказал.