В мозге работает «садовник». Он обрезает веточки и пропалывает сорняки – уничтожает лишние синапсы (узелки, которыми нервные клетки связаны друг с другом). Впрочем, о наличии «клеток-садовников» и «молекул-секаторов» ученые знали давно, но увидеть их в деле удалось только сейчас. Теперь они подумают над тем, как «прополоть» мозги пациентам c нарушениями развития нервной системы.
Иммунитет для мозга
Около половины объема центральной нервной системы (ЦНС) заполнено не нейронами, а опорными, питающими и защищающими клетками -- глией. Численность глиальных клеток в десять раз больше, чем нейронов. Абсолютное большинство «недумающих» клеток в «думающем» органе не случайность, а физиологическая необходимость: глия обеспечивает метаболические процессы в нервной ткани, участвует в формировании миелиновой оболочки, способствует восстановлению головного и спинного мозга после травм, ишемии и инфекций.
Особый вид глии – микроглия – выполняет функции иммунной системы, для которой мозг закрыт. При инфицировании или механическом повреждении мозга эти клетки перемещаются к поврежденному участку ЦНС и обороняют его -- работают как макрофаги.
В неповрежденной и неинфицированной нервной системе клетки микроглии тоже присутствуют, но ведут более спокойный образ жизни. Они перемещаются по извилистым и плотным ходам мозга с огромной по клеточным меркам скоростью -- до 0,000002 м/с. Ученые предполагают, что эти мобильные, пластичные и постоянные клетки нервной системы, вероятно, выполняют не только защитные функции. «Ранее было показано, что микроглиальные клетки формируют частые короткоживущие контакты с синапсами. Есть основания полагать, что микроглия контролирует формирование и созревание синапсов, убирает ненужные межнейронные связи», -- пишут биологи, показавшие, что без мозгового иммунитета «думающий орган» захламляется лишними синапсами.
Прополка мозговых сорняков
«В процессе дозревания нервной системы, на ранних стадиях, часть нейронов и синапсов утрачивается. В 1998-2000 годах биологи показали, что в момент созревания мозга в нейронах появляется белок Cx3c11, рецептор к которому имеется только на клетках микроглии», -- продолжают ученые, объясняя, что таким способом нейроны, вероятно, «привлекают внимание» микроглии.
Исследователи из научных центров Италии под руководством Розы Паоличелли (Rosa C. Paolicelli) из Европейской лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory, EMBL) изучили взаимодействие микроглии и нейронов.
В первом эксперименте биологи маркировали микроглию флуоресцентным белком GFP. В «растворившихся» синапсах они нашли следы светящейся цитоплазмы, после чего заключили: «в неповрежденном мозге микроглия поглощает синапсы». В следующем эксперименте ученые проследили за развитием гиппокампа у мышат, появившихся на свет две-три недели назад. У экспериментальных животных исследователи отобрали «приманку» для микроглии – белок Cx3c11.
Оказалось, что в мозгу таких мышей плотность синапсов (межнейронных контактов) много больше по сравнению с мозгом грызунов из контрольной группы. Увеличилась и плотность дендритных шипиков – выростов на коротких отростках нейронов, с которыми контактируют синапсы. Это значит, что без белка Cx3c11 нейроны бурно разрастались и формировали множественные связи. Самой микроглии в их мозгу было немного.
Казалось бы – что плохого? Ведь чем больше синапсов и шипиков, тем лучше мозг усваивает новую информацию. Но, как показали дальнейшие исследования, многочисленные синапсы были неполноценными: без садовника (микроглии) и хорошего секатора (белка Cx3c11) мозг как бы порос сорняками, засорился сухими ветками. «У человека такие изменения связаны с серьезными патологиями развития нервной системы», -- пишут коллеги Розы Паоличелли.
«Не исключено, что Cx3c11 стимулирует размножение и миграцию микроглиальных клеток. В пользу этого механизма свидетельствует уменьшение количества микроглии в отсутствие белка. Но есть основания утверждать, что Cx3c11 помогает клеткам микроглии распознавать синапсы», -- пишут авторы исследования в статье, опубликованной сегодня в Science.
Ученые уверены, что разобравшись подробнее с «садовниками», «секаторами» и «сухими ветками», они смогут разобраться в том, как взаимодействует мозговой иммунитет с нервной системой, и почему нарушается развитие детского мозга при тех или иных патологиях.
