Запрещено журналом Neuron до 9 февраля 2011 года, полдень по восточному времени ?? Исследование, проведенное Исследовательским институтом Скриппса, раскрыло удивительный механизм, контролирующий формирование мозга. Полученные данные имеют значение для понимания множества заболеваний, включая некоторые формы умственной отсталости, эпилепсии, шизофрении и аутизма.
Исследование, проведенное профессором Scripps Research Ульрихом Мюллером, было опубликовано в журнале Neuron 10 февраля 2011 г.
В новом исследовании Мюллер и его коллеги сосредоточились на белке под названием рилин. Они обнаружили, что рилин является ключевым игроком в миграции новых нервных клеток в неокортекс, часть мозга, отвечающую за функции более высокого порядка, такие как язык и движение.
Неожиданно ученые также обнаружили, что рилин влияет на этот процесс миграции независимо от глиальных клеток, которые часто управляют движением нервных клеток.
Критическая миграция
По мере развития человеческого мозга новообразованные нервные клетки перемещаются из места своего происхождения в различные области мозга. Достигнув места назначения, нервные клетки соединяются друг с другом, образуя сложные цепи и сети, отвечающие за различные функции мозга. Все, что нарушает ход миграции нервных клеток, приводит к неправильно сформированному мозгу? И последствия, как правило, разрушительны.
Более 50 лет назад исследователи обнаружили тип мутантных мышей с неокортексом и мозжечком, которые были неправильно организованы, что влияло на способность животного нормально ходить. Позже исследователи обнаружили, что эта мышь, названная "моталка" из-за его шаткой походки он пострадал от мутации в конкретном гене, названном рилином, который кодирует белок, вырабатываемый нервными клетками.
Человеческий аналог гена мутировал у детей с лиссэнцефалией? "гладкий мозг"?? состояние, при котором мозг лишен характерных складок. Мутации рилина также были обнаружены у детей с аномально маленьким мозгом или микроцефалией.
Хотя эти наблюдения показывают, что рилин должен играть ключевую роль в правильном формировании мозга, до сих пор никто точно не знал, какова эта роль.
Зондирование функции катушки
После идентификации гена рилина в 1995 году исследователи обнаружили, что соответствующий белок высвобождается определенными нервными клетками и связывается с рецепторами других нервных клеток. Это связывание затем запускает каскад химических реакций или сигнальный путь в нервной клетке. Такие сигнальные пути в конечном итоге вызывают изменение в клетке-мишени; они являются одним из способов, которыми клетки реагируют на раздражители в окружающей их среде.
"Мы знали, что рилин связывается с несколькими рецепторами нервных клеток и инициирует различные сигнальные пути, но мы хотели задать один вопрос: регулируют ли эти пути миграцию??’" сказал Мюллер. "И если они это сделают, то как?"
Чтобы ответить на эти вопросы, группа объединила несколько технологий, которые стали доступны в последние годы. Ученые пометили нервные клетки в мозге эмбрионов мыши флуоресцентными красителями, а затем с помощью специальных микроскопов наблюдали, как эти клетки перемещаются в реальном времени в неокортексе головного мозга.
Таким образом, команда Мюллера сравнила движение нервных клеток у нормальных мышей с интактным путем рилина и мутантных мышей, у которых пути передачи сигналов рилина были заблокированы. Ученые были удивлены увиденным.
Отслеживание сотовых треков
Исследователи давно знали, что новообразованные нервные клетки движутся по клеткам определенного типа в головном мозге, называемым глиальной клеткой, которая действует как клеточный проводник для нервных клеток. Но в последние годы исследования показали, что некоторые нервные клетки могут найти свое предназначение независимо от направления глии. Эти нервные клетки вырастают руку, которая тянется, чтобы найти правильный путь, а затем тело клетки следует по нему.
Исследователи в этой области предположили, что формирование неокортекса включает первую стратегию: глиально-направленную миграцию. Но с помощью визуализационных исследований Мюллер и его коллеги обнаружили, что верно обратное. Они обнаружили, что, когда в нервных клетках инактивируется путь рилина, эти клетки больше не мигрируют в соответствующие места неокортекса, как это происходит у нормальных мышей. Однако эти нервные клетки движутся не следуя глиальным проводникам, а полагаясь на свои собственные устройства.
"Рилин не влияет на глиально-направленную миграцию, но мутация рилина по-прежнему нарушает архитектуру мозга," сказал Мюллер.
Это открытие подразумевает, что независимая от глии миграция гораздо важнее для формирования неокортекса, чем предполагали ученые, и что рилин каким-то образом контролирует этот процесс.
Поиск генов болезней
Хотя механизм, с помощью которого рилин влияет на миграцию, до конца не изучен, группа Мюллера определила некоторые молекулы рилина "переговоры" чтобы произвести эффект.
Другой хорошо известный класс молекул, которые играют роль в формировании мозга, – кадгерины – эти белки обеспечивают молекулярную "клей" чтобы клетки прилипали друг к другу при движении. Мюллер и его коллеги показали, что рилин контролирует функцию кадгеринов в нервных клетках.
Будущие исследования должны выявить дополнительных игроков. По мере открытия этих новых молекул Мюллер планирует сотрудничать с генетиками для поиска мутаций в соответствующих генах у людей.
"Мы можем найти дополнительные гены, связанные с шизофренией и аутизмом," он сказал. "Мы уже знаем, что некоторые кадгерины участвуют в расстройстве аутистического спектра."