Нервові клітини можуть відновлюватися

Раніше було відомо, що, незважаючи на здатність нейронів периферичної нервової системи регенерувати після пошкодження, нейрональне відновлення в центральній нервовій системі в цілому неефективне. Вказані процеси можливі завдяки активності різних типів гліальних клітин, які присутні в периферичних та центральних нервових структурах. Так, регенерації аксонів сприяють клітини Шванна. Однак у центральній нервовій системі цей механізм пригнічується діяльністю олігодендроцитів та утворенням гліального рубця. Дійсно, після ураження відбувається демієлінізація та активне перетворення шваннівських клітин на репаративні клітини, які стимулюють аксональний ріст та наступну мієлінізацію регенерованих аксонів. Натомість олігодендроцити в подібних умовах залишаються неактивними чи деградують після пошкодження структур центральної нервової системи, при цьому мієлін олігодендроцитів, що містить фактори, які стримують ріст, запобігає аксональному росту.

Крім того, периферичні та центральні нейрони відрізняються за своїми внутрішніми регенеративними властивостями. Після ураження ділянок периферичної нервової системи в периферичних нейронах відбувається активація програми регенерації шляхом індукції експресії набору генів, позначених як гени, асоційовані з регенерацією (regeneration-associated genes — RAG). Окремі з них здатні стимулювати ріст нейритів і, можливо, також ріст аксонів. Крім того, дезінтеграція пошкоджених аксонів відбувається швидше в периферичній нервовій системі, аніж у центральній. Після ураження периферичних нервів дистальні ділянки пошкоджених аксонів деградують до дрібних фрагментів, котрі в подальшому елімінуються клітинами Шванна, а потім макрофагами. При цьому очищення аксонів від детриту є раннім етапом процесу відновлення, що сприяє регенерації. Зокрема, дистальні ділянки аксонів — пошкоджених і відокремлених від тіла нейрона — у межах периферичної нервової системи швидко дезінтегруються протягом 2 діб після ураження, що поряд з демієлінізацією формує сприятливі умови для наступного аксонального росту та репарації.

Мієлін, клітини Шванна та олігодендроцити: основи процесів деградації та репарації

У центральній нервовій системі при травмі спинного мозку чи інсультних ураженнях також відбувається дегенерація дистальних ділянок аксонів, однак цей процес значно повільніший, ніж у периферичній нервовій системі. Розуміння механізмів, які контролюють деградацію аксонів після травматичних пошкоджень, могло би сформувати основу для прискорення цих процесів та позитивного впливу на регенерацію як у периферичній, так і в центральній нервовій системі. У новому дослідженні, представленому колективом вчених Університету Майнца імені Йоганна Гутенберга (Johannes Gutenberg University Mainz), Німеччина, та Університету Фрібурга (University of Fribourg), Швейцарія, було отримано дані про те, що клітини Шванна сприяють дезінтеграції дистального зрізу аксонів, зумовлюючи таким чином своєчасність очищення тканин. Дослідники проаналізували деталі вказаного процесу відновлення та продемонстрували, що аналогічний механізм може бути активовано в клітинах центральної нервової системи, наприклад після травми спинного мозку. Матеріали статті опубліковано в журналі «Cell Reports» 11 червня 2019 р.

Пояснюючи нюанси процесу нейронального відновлення, дослідники підкреслили, що мієлінпродукуючі клітини є основою процесу регенерації аксонів. Разом з тим, незважаючи на важливість мієліну для функціонування нервових клітин, у випадку травми саме мієлін блокує процес відновлення. У представленому дослідженні вчені зосередили увагу на вивченні функціональної активності олігодендроцитів центральної нервової системи. Олігодендроцити подібно до клітин Шванна зазвичай не здатні формувати актинові сфери, що сприяло б активації процесу деградації аксональних сегментів. Однією з передумов цього є те, що, на відміну від шваннівських клітин, олігодендроцити не експресують VEGFR1 — рецептор, який слугує тригером синтезу актинових сфер клітинами Шванна. Тому на наступному етапі в серії експериментів вченими було проведено індукцію експресії VEGFR1 олігодендроцитами. Це реалізувало клітинний синтез актинових сфер та активну елімінацію ушкоджених аксональних фрагментів, що і стало важливим кроком у напрямі прискорення регенерації нейронів центральної нервової системи.

Нині дослідники зосереджені на вивченні молекулярних процесів, які тригерують елімінацію мієліну з місця ураження в центральній нервовій системі. Поряд із видаленням аксонального детриту елімінація мієліну є наступною важливою передумовою, необхідною для повної регенерації нейронів. Підсумовуючи результати, автори роботи зазначили, що в ході проведеного експериментального дослідження вдалося ідентифікувати шлях прискорення деградації мієліну в периферичній нервовій системі. Тому перспективою подальших пошуків має стати вивчення можливостей активації описаних механізмів і в межах центральної нервової системи.

Долучайтеся до нас у Viber-спільноті, Telegram-каналі, Instagram, на сторінці Facebook, а також Twitter, щоб першими отримувати найсвіжіші та найактуальніші новини зі світу медицини.

• Johannes Gutenberg-Universität Mainz (2019) First step to induce self-repair in the central nervous system. ScienceDaily, July 11.
• VaquiéA., SauvainA., DumanM. et al. (2019) Injured axons instruct Schwann cells to build constricting actin spheres to accelerate axonal disintegration. Cell. Rep., 27 (11): 3152-3166. DOI: 10.1016/j.celrep.2019.05.060.

Наталія Савельєва-Кулик

Виявлено новий шлях до відновлення мієліну

Дослідження під керівництвом доктора Hyun Kyoung Lee, доцента Медичного коледжу Бейлора та наукового співробітника Інституту неврологічних досліджень Яна й Дана Дунканів у Техаській дитячій лікарні, виявило новий біологічний механізм регенерації і відновлення мієліну, захисної оболонки, яка ізолює нейронні волокна й відіграє життєво важливу роль у забезпеченні швидкої та точної нейротрансмісії.

Мієлін виробляється типом гліальних клітин-попередників, олігодендроцитами (ОЛ) — одними з найчисленніших клітин нервової системи. Пошкодження або втрата мієлінової оболонки є характерною ознакою різних неврологічних захворювань у дорослих (наприклад, розсіяний склероз) і немовлят (наприклад, церебральний параліч) і часто зустрічається після травм головного мозку.

Wnt сигнальний шлях є одним із ключових регуляторів розвитку ОЛ та регенерації мієліну. При певних захворюваннях і травмах головного мозку його роль підвищується в білій речовині, що погіршує вироблення мієліну, змушуючи клітини залишатися в «застопореному/спокійному стані». Кілька років тому команда виявила, що гліальний білок Daam2 пригнічує диференціацію олігодендроцитів під час розвитку, а також регенерацію та відновлення мієліну. Однак досі точні механізми, що лежать в основі цього процесу, залишаються загадкою.

Щоби зрозуміти, як Daam2 пригнічує мієлінізацію, вченим спочатку потрібно було дослідити регуляцію самого білка. Використовуючи біохімічні підходи, визначили, що два амінокислотні залишки білка Daam2 піддаються фосфорилюванню — загальному посттрансляційному регуляторному механізму, який вмикає або вимикає активність білків. Подальші дослідження з використанням моделі неонатальної гіпоксичної травми на тваринах показали роль фосфорилювання Daam2. Вони визначили, що правильне функціонування цього білка відіграє захисну роль у відновленні розвитку та поведінки після неонатальної гіпоксії — форми травми головного мозку, яка спостерігається при церебральному паралічі та інших станах, і, крім того, він полегшує ремієлінізацію після пошкодження білої речовини у дорослих тварин. Разом ці результати виявили новий регуляторний вузол на шляху Wnt, який регулює розвиток олігодендроцитів і пропонує розуміння нового біологічного механізму регенерації мієліну.

Це дослідження відкриває нові, невідомі раніше терапевтичні можливості, які розроблятимуться в майбутньому для відновлення мієліну, що матиме значний вплив для полегшення та лікування деяких неврологічних захворювань.

НОВИНИ ЗА ТЕМОЮ Неврологія

Завдяки технології, розробленій у Каліфорнійському університеті в Ріверсайді, учені вперше можуть отримати зображення спинного мозку з високою роздільною здатністю під час операції. Цей прогрес може допомогти принести реальне полегшення мільйонам людей, які страждають від хронічного болю у спині. Технологія, відома як fUSI або функціональна ультразвукова візуалізація, не тільки дозволяє клініцистам бачити спинний мозок, але й дає змогу відображати реакцію мозку на різні процедури в режимі реального часу. У статті, опублікованій у журналі Neuron, детально описано, як ця технологія спрацювала для шести людей, які проходили електричну стимуляцію для лікування хронічного болю у спині.

Команда дослідників на чолі з Хуанью Ченгом, доцентом кафедри інженерних наук і механіки в Пенсільванському університеті, створила високочутливий і економічно ефективний датчик для кращого моніторингу концентрації в поті або сечі дофаміну і тирозину, нейромедіатора та амінокислоти, які присутні в мозку. Концентрація цих сполук, які впливають на емоції та поведінку людини, може відображати стан пацієнтів із неврологічними захворюваннями, такими як хвороба Паркінсона, шизофренія, хвороба Альцгеймера та іпохондрія. За словами Ченга, новий датчик може допомогти в лікуванні цих захворювань, надаючи дані про стан пацієнта в режимі реального часу. .

Дослідники Університету Північної Кароліни в Чапел-Хілл розробили нову платформу доставки ліків, яка використовує спіралеподібні амілоїдні волокна, призначені для розкручування та вивільнення ліків у відповідь на температуру тіла. Стаття, опублікована в Nature Communications, розкриває новаторські структурні деталі того, як формуються хвороби, подібні до хвороби Альцгеймера. Маючи ці знання, група виявила унікальний механізм, що дозволяє усувати вплив захворювання.