Способ восстановления нейронов подсказали канарейки
LifeSciencesToday по материалам URMC: Scientists Coax Brain to Regenerate Cells Lost in Huntington’s Disease
Ученым удалось активировать стволовые клетки головного мозга и добиться образования нейронов, погибающих при болезни Хантингтона. В статье, опубликованной в журнале Cell Stem Cell (Benraiss et al., Sustained Mobilization of Endogenous Neural Progenitors Delays Disease Progression in a Transgenic Model of Huntington’s Disease), они описывают триггер нейрогенеза у мышей с моделью этого заболевания и убедительно доказывают успешную интеграцию новых клеток в существующие нейронные сети головного мозга, резко увеличивающую продолжительность жизни больных животных.
«Это исследование демонстрирует реализуемость совершенно новой концепции лечения болезни Хантингтона – использования эндогенных нейральных стволовых клеток мозга для регенерации клеток, потерянных в результате болезни», – говорит невролог из Медицинского центра Рочестерского университета (University of Rochester Medical Center, URMC) Стив Голдман (Steve Goldman), MD, PhD, содиректор Центра трансляционной нейромедицины (Center for Translational Neuromedicine).
Болезнь Хантингтона – наследственное нейродегенеративное заболевание, для которого характерна потеря специфического типа клеток – медиальных шиповатых нейронов, – играющих важнейшую роль в координации движений. Симптомами болезни Хантингтона являются непроизвольные движения, нарушение координации и, в конечном итоге, снижение когнитивных способностей и депрессия. Способов замедлить развитие заболевания, которым только в США страдает около 30 тысяч человек, на сегодня не существует.
Идея новой стратегии доктора Стива Голдмана – результат его многолетних исследований пластичности нейронов канареек. Певчие птицы, такие как канарейки, заинтересовали биологов своей способностью – уникальной в животном мире – образовывать новые нейроны мозга во взрослом состоянии. Этот процесс, называемый нейрогенезом, был открыт Голдманом и Фернандо Ноттенбомом (Fernando Nottebohm) из Рокфеллерского университета (Rockefeller University) в начале 80-х годов, когда ученые поняли, что процесс обучения новым песням сопровождается образованием новых нейронов в области мозга птиц, ответственной за контроль над пением.
«Информацию, которая была нам нужна, чтобы понять, как добиться образования новых нейронов в ткани взрослого мозга, нам по существу дала наша работа с канарейками», – рассказывает доктор Голдман. «Как только мы поняли, как это происходит у птиц, мы приступили к воспроизведению этого процесса во взрослом мозге млекопитающих».
Организм человека, в принципе, обладает способностью к образованию новых нейронов. В 1990-х годах лаборатория Голдмана продемонстрировала, что в выстилке желудочков – структур в центре человеческого мозга – существует источник нейральных клеток-предшественников. На ранней стадии развития эти клетки активно продуцируют нейроны. Однако вскоре после рождения нейральные стволовые клетки прекращают образование как нейронов, так и клеток глии. Некоторые области человеческого мозга, самым ярким примером которых является ответственный за память гиппокамп, продолжают производить нейроны и во взрослом состоянии. Но в полосатом теле (striatum), разрушаемом болезнью Хантингтона, эта способность в зрелом возрасте «выключена».
В течение последнего десятилетия доктор Голдман и его группа пытались расшифровать точный химический сигналинг, опосредующий образование нейральными стволовыми клетками нейронов и клеток глии. Один из важнейших ключей был получен еще в исследованиях на канарейках. В области их мозга, ответственной за обучение новым песням и образующей новые нейроны, ученые наблюдали регулируемую экспрессию белка, называемого нейротрофическим фактором мозга (brain derived neurotrophic factor, BDNF). Синтез этого белка является триггером образования нейронов локальными нейральными стволовыми клетками.
Кроме того, ученые поняли, что нужно одновременно подавить образование нейральными стволовыми клетками глии. Они установили, что сочетание BDNF с белком ноггином (noggin), ингибирующим химический путь, управляющий образованием глиальных клеток, позволяет успешно переключить молекулярные механизмы стволовых клеток на образование только нейронов.
Следующей проблемой была точная и стабильная доставка этих двух белков – BDNF и ноггина – в область мозга, вовлеченную в болезнь Хантингтона. Чтобы передать необходимые молекулярные инструкции нейральным стволовым клеткам, они, в сотрудничестве с учеными из Университета штата Айова (University of Iowa), модифицировали аденоассоциированный вирус, используемый в качестве вектора в генной терапии.
Этот вирус инфицировал клетки-мишени в мозге мышей с болезнью Хантингтона и позволил добиться устойчивой гиперэкспрессии как BDNF, так и ноггина. Это, в свою очередь, активировало соседние нейральные стволовые клетки, которые начали образовывать медиальные шиповатые мотонейроны. Непрерывно образующиеся новые нейроны мигрировали в полосатое тело, где затем интегрировались в существующие нейронные сети.
Ученым удалось значительно повысить выживаемость мышей, причем в некоторых случаях продолжительность их жизни увеличилась вдвое. Кроме того, они разработали способ маркировки новых нейронов и наблюдали, что клетки образовали волокна, связавшие их с отдаленными мишенями, обеспечив тем самым электрическую коммуникацию.
Медиальные шиповатые нейроны (зеленые),
интегрирующиеся в существующие нервные сети
(фото: University of Rochester Medical Center)
После установления возможности образования новых замещающих нейронов на мышиных моделях болезни Хантингтона ученые воспроизвели этот результат на мозге здоровых беличьих обезьян – этап, значительно приближающий это исследование к клиническим испытаниям.
«Стабильная доставка BDNF и ноггина во взрослый мозг четко ассоциирована как с усилением нейрогенеза, так и с замедлением прогрессирования заболевания», – подводит итог доктор Голдман. «Мы считаем, что наши данные свидетельствуют о возможности использования этого процесса в качестве жизнеспособной терапевтической стратегии лечения болезни Хантингтона».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
10.06.2013