Когда мы рождаемся, наш мозг не очень организован. Каждая клетка мозга общается с множеством других соседних клеток, отправляя и получая сигналы через соединения, называемые синапсами.
Но по мере того, как мы растем и учимся, все становится немного стабильнее. Мозговые проводящие пути, которые будут служить нам всю нашу жизнь, начинают организовываться, и менее активные, неэффективные синапсы отключаются.
Но почему и как это происходит? И что происходит, когда все идет не так, как обычно? Новое исследование Медицинской школы Мичиганского университета может помочь объяснить.
В новой статье в Nature Neuroscience команда нейробиологов UM сообщает о важных выводах о том, как клетки мозга, называемые нейронами, сохраняют свои наиболее активные связи с другими клетками, позволяя другим синапсам исчезать.
В частности, они показывают, что SIRP-альфа, белок, обнаруженный на поверхности различных клеток по всему телу, по-видимому, играет ключевую роль в процессе цементирования наиболее активных синаптических связей между клетками мозга. Исследование, проведенное на мозге мышей, финансировалось Национальным институтом здоровья и несколькими фондами.
Полученные данные способствуют пониманию основ развития мозга и могут помочь в исследованиях таких состояний, как аутизм, шизофрения, эпилепсия и умственная отсталость, все из которых имеют некоторую основу в ненормальной функции синапсов.
"Чтобы мозг работал по-настоящему, нам нужно поддерживать самые активные и наиболее эффективные связи," говорит старший автор Хисаши Умемори, М.D., Ph.D., доцент-исследователь в Институте молекулярной и поведенческой нейробиологии UM и доцент кафедры биологической химии медицинского факультета. "Итак, во время разработки очень важно устанавливать эффективные соединения и устранять неактивные. Мы определили ключевой молекулярный механизм, который мозг использует для стабилизации и созревания наиболее активных связей."
Умемори говорит, что новые открытия SIRP альфа выросли непосредственно из предыдущей работы по конкуренции между нейронами, что позволяет наиболее активным из них стать частью путей и цепей.
Команда подозревала, что между двумя клетками по обе стороны от каждого синапса должен быть какой-то сигнал, который заставляет наиболее активные синапсы стабилизироваться. Поэтому они решили узнать, что это было.
Результаты повышения SIRP
Группа ранее показала, что SIRP-альфа каким-то образом участвует в способности нейрона образовывать пресинаптический нервный терминал – расширение клетки, которое тянется к соседней клетке и может посылать химические сигналы, которые клетки мозга используют для разговора. для другого.
Также уже известно, что SIRP-альфа выполняет важную функцию в остальной части тела – по сути, помогает нормальным клеткам указывать иммунной системе не атаковать их. Это также может помочь раковым клеткам ускользнуть от обнаружения сторожевыми псами иммунной системы.
В новом исследовании команда изучила альфа-функцию SIRP в головном мозге и начала понимать ее роль в стабилизации синапсов. Они сосредоточились на гиппокампе, области мозга, очень важной для обучения и памяти.
С помощью ряда экспериментов они показали, что когда клетка мозга получает сигналы от соседней клетки через синапс, она фактически высвобождает SIRP-альфа в пространство между клетками. Он делает это за счет действия молекул внутри клетки, называемых CaMK и MMP, которые действуют как молекулярные ножницы, разрезая белок SIRP-альфа пополам, чтобы он мог свободно улетать от клетки.
Часть белка SIRP-альфа, которая плавает в синапсе "зазор" цепляется за рецептор на другой стороне, называемый рецептором CD47. Это связывание, в свою очередь, по-видимому, сообщает клетке, что сигнал, который она отправила ранее, действительно был получен, и что синапс хороший. Таким образом, клетка доставляет больше химических сигнальных молекул и выпускает их в синапс.
По мере того, как все больше и больше нервных сообщений проходит между "отправка" а также "получение" клетки по обе стороны от этого синапса, больше SIRP-альфа расщепляется, высвобождается в синапс и связывается с CD47.
Исследователи считают, что именно этот повторяющийся процесс помогает клеткам определять, какие синапсы сохранить, а какие позволить увядать.
Умемори говорит, что теперь команда хочет посмотреть, что происходит, когда SIRP-альфа не расщепляется должным образом, и что происходит в клетках, когда синапс устраняется.
"Этот шаг избавления от SIRP-альфа должен иметь решающее значение для разработки функциональной нейронной сети," он говорит. "А если сделать это плохо, могут возникнуть болезни или расстройства. Возможно, мы сможем использовать эти знания для лечения заболеваний, вызванных дефектами образования синапсов."
Он отмечает, что ген рецептора CD47 находится в той же общей области нашей ДНК, что и несколько генов, которые предположительно участвуют в шизофрении.