Как "склеить" спинной мозг

08.11.2017

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 12.

Мы продолжаем вместе с порталом N+1 помещать новости нейронаук, опубликованные в Science и Nature в научный контекст. Сегодня – о том, как глия может помочь в лечении травм позвоночника.

Мозг данио рерио. Credit: Jessica Plavicki, Peterson Lab, University of Wisconsin at Madison

Новость

Остаться парализованным из-за повреждения позвоночника – это, безусловно, трагедия как для пациентов, так и для их близких. То, как быстро восстановится спинной мозг при повреждениях, зависит от того, как скоро нейроны протянут новые отростки, аксоны, через место повреждения. У низших позвоночных (например, рыб) в этом активно принимают участие глиальные клетки. Размножаясь и перемещаясь к месту повреждения, они протягивают «мостик» через него, тем самым создавая опору для роста аксонов. В последнем номере Science учёные из США и Германии рассказывают, что для образования этого мостика из глии и для регенерации аксонов у рыб необходим фактор роста A соединительной ткани (CTGFa, connective tissue growth factor а).

Контекст

Факторы роста – это вещества, которые секретируются клетками во внешнюю среду и стимулируют рост других клеток. За их открытие Рита Леви-Монтальчини и Стенли Коэн получили в 1986 году Нобелевскую премию.

Как понять, является ли данное вещество фактором роста? Теоретически надо его выделить и посмотреть, увеличивает ли оно скорость деления и роста клеток. Исследователи под руководством Кеннета Посса начали издалека: они посмотрели, экспрессия каких генов увеличивается при повреждении спинного мозга у данио рерио (стандартного модельного организма в биологии). И фактор роста A соединительной ткани стал одним из них.

Далее последовала серия элегантных и весьма убедительных доказательств, что именно он является важным для развития глиальных мостиков: если ген удалить (нет образования фактора роста A соединительной ткани) – у рыб возникнут проблемы в восстановлении аксонов; если заставить спинной мозг образовывать больше CTGFa – увеличивается скорость восстановления спинного мозга.

Для образования мостиков глиальные клетки должны: 1) сначала поделиться, чтобы увеличить своё количество; 2) переместиться к месту повреждения и 3) изменить свою морфологию – стать продолговатыми. Как же действует CTGFa? Это пока неясно – теоретически он может усиливать любой из этапов.

Насколько применимо это открытие к млекопитающим, в том числе и к человеку?

В отличие от рыб у млекопитающих глиальные клетки по-другому реагируют на повреждения – они формируют глиальный «рубец», а не мостик. Считалось, что это рубец препятствует развитию аксонов, хотя недавние исследования показывают, что все-таки этот рубец может служить и опорой для развития аксонов (по аналогии с рыбами). Более того, у млекопитающих есть аналог CTGFa, и его образование увеличивается в клетках глии (астроцитах) в ответ на повреждения спинного мозга.

Почему же тогда, если есть столько сходств, спинной мозг рыб восстанавливается гораздо быстрее, чем спинной мозг человека? Очевидно, что нервная система человека устроена намного сложнее аналогичной системы у рыб. На скорость восстановления акcонов у человека влияет сложная комбинация стимулирующих и ингибирующих факторов. И тут сравнение с более простыми («модельными») организмами, где всё устроено проще, может указать направление, в котором надо «копать».

Например, у рыб и млекопитающих отличается динамика производства CTGFа: у рыб его образование происходит в короткий период времени, сразу после повреждения спинного мозга, в то время как у крыс с повреждённым спинным мозгом этот фактор образуется постоянно. Возможно, всё дело в этом: вначале CTGFа стимулирует образование мостиков, а при постоянном экспрессии ведёт к образованию рубца (рубец – это результат разрастания соединительной ткани). Если это так, то своевременное торможение образования CTGFа у млекопитающих после повреждения спинного мозга должно привести к образования мостиков, но не образованию рубцов. Следующие исследования покажут, насколько эта идея верна.

Текст: Даша Овсянникова

Injury-induced ctgfa directs glial bridging and spinal cord regeneration in zebrafish by Mayssa H. Mokalled, Chinmoy Patra, Amy L. Dickson, Toyokazu Endo, Didier Y. R. Stainier, Kenneth D. Poss,Science  04 Nov 2016: Vol. 354, Issue 6312, pp. 630-634. DOI: 10.1126/science.aaf2679