Рыбки данио относятся к редкой группе позвоночных животных, способных полностью восстанавливать поврежденный спинной мозг. Четкое понимание того, как происходит эта регенерация, может дать ключ к разработке стратегий лечения повреждений спинного мозга у людей. Такие травмы могут приводить к необратимой потере чувствительности и возможности двигаться.
В новом исследовании, проведённом в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе, был составлен подробный атлас всех клеток, участвующих в регенерации спинного мозга данио, и их совместной работы. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Неожиданным открытием стало то, что для полного восстановления спинного мозга требуется выживание и адаптация самих поврежденных нейронов. Удивительно, но исследование показало, что стволовые клетки, способные формировать новые нейроны, которые обычно считаются центральными в процессе регенерации, играют вспомогательную роль, но не возглавляют этот процесс.
В отличие от травм спинного мозга у людей и других млекопитающих, при которых поврежденные нейроны всегда погибают, нейроны данио резко меняют свои клеточные функции в ответ на травму, сначала выживая, а затем принимая на себя новую центральную роль в организации событий, управляющих процессом заживления, обнаружили исследователи. Ученые знали, что нейроны данио выживают после травм спинного мозга, новое исследование показывает, как они это делают.
«Мы обнаружили, что большинство, если не все, аспекты восстановления нейронов, которых мы пытаемся достичь у людей, происходят у данио естественным образом. Удивительное наблюдение, которое мы сделали, заключается в том, что сразу после травмы происходит мощная защита и восстановление клеток. Мы думаем, что эти механизмы позволяют нейронам пережить травму и затем принять своего рода спонтанную пластичность или гибкость функций, которая дает рыбам время для регенерации новых нейронов, чтобы достичь полного восстановления. Наше исследование позволило выявить генетические мишени, которые помогут нам развивать этот тип пластичности в клетках людей и других млекопитающих», — говорит старший автор исследования Мейсса Мокаллед, доцент кафедры биологии развития.
Составив карту ролей различных типов клеток, участвующих в регенерации, ученые обнаружили, что гибкость выживших после травмы нейронов и их способность к немедленному перепрограммированию возглавляют цепь событий, необходимых для заживления спинного мозга. Если эти выжившие нейроны отключить, данио не восстанавливают нормальную способность плавать, хотя регенеративные стволовые клетки остаются.
Когда у людей и других млекопитающих длинная «цепь» спинного мозга пережата или разорвана, запускается ряд событий, которые убивают нейроны и делают среду спинного мозга враждебной для механизмов восстановления. Такая токсичность нейронов может в какой-то мере объяснить неудачу попыток использования стволовых клеток для лечения повреждений спинного мозга у людей. Вместо того чтобы сосредоточиться на регенерации с помощью стволовых клеток, новое исследование предполагает, что любой успешный метод лечения травм спинного мозга у людей должен начинаться со спасения поврежденных нейронов от гибели.
«Нейроны сами по себе, без связей с другими клетками, не выживают. Мы думаем, что у данио “отрезанные” клетки могут преодолеть стресс, вызванный травмой, поскольку их гибкость помогает устанавливать новые локальные связи сразу после повреждения. Мы предполагаем, что это временный механизм, который выигрывает время, защищая клетки от гибели и позволяя системе сохранять схемы нейронов во время строительства и заживления основного спинного мозга», — говорит Мокаллед.
Есть некоторые свидетельства того, что эта способность присутствует, но находится в спящем состоянии в нейронах млекопитающих, так что данная работа может стать путем к новым методам лечения.
«Мы надеемся, что выявление генов, обеспечивающих защитный процесс у рыбок данио, версии которых присутствуют и в геноме человека, поможет нам найти способы защиты нейронов у людей от гибели клеток, которые мы наблюдаем после травм спинного мозга», — заключили ученые.
Хотя данное исследование сосредоточено на нейронах, регенерация спинного мозга чрезвычайно сложна, и в будущем команда займется составлением нового клеточного атласа, чтобы понять вклад других типов клеток в восстановление спинного мозга, включая клетки, называемые глиями, в центральной нервной системе, а также клетки иммунной и сосудистой систем.
[Фото: ru.123rf.com]