Ученые из Института Солка обнаружили, что роль нейронов, которые отвечают за специфические задачи в головном мозге, является более гибкой, чем считалось ранее.

Изучая сенсорные нейроны у мышей, команда ученых обнаружила, что изменения в одной молекуле может спровоцировать переориентацию нейронов. Например, нейрон, изначально предназначенный для обработки звука или тактильной чувствительности, вместо этого начинает принимать участие в процессе зрения.

клетки мозгаСоседние нейроны в таламусе показаны во время формирования связей с визуальной корой (красный цвет) и соматосенсорной корой. Видны тела клеток (клетки, похожие на звезду,справа внизу) и аксоны (отростки, идущие вниз)

Это открытие, опубликованное 11 мая 2015 года в журнале PNAS, поможет неврологам лучше понять, как молекулярно кодируется архитектура головного мозга. Оно также может указать путь для профилактики или лечения заболеваний человека (таких как аутизм), при которых наблюдаются значительные отклонения структуры головного мозга.

«Мы обнаружили неожиданный механизм, который обеспечивает удивительную пластичность головного мозга в период созревания сенсорных нейронов», — сказал первый автор исследования Андреас Зембрицки, старший научный сотрудник в Институте Солка.

Этот механизм – фактор транскрипции под названием Lhx2, — который был инактивирован в нейронах, может быть использован для включения или выключения генов для изменения функции сенсорных нейронов у мышей. Было известно, что фактор Lhx2 присутствует во многих других типах клеток, не только в мозге, и что он является необходимым для развития частей тела плода. Без фактора Lhx2 животные, как правило, умирают внутриутробно. Однако не было точно известно, что фактор Lhx2 также влияет на клетки после рождения.

«Этот процесс происходит тогда, когда нейрон созревает и больше не делится. Мы не понимали до этого исследования, как относительно зрелые нейроны могут быть перепрограммированы этим путем, — говорит старший автор Деннис О’Лири, профессор Института Солка и владелец кафедры Винсента Дж. Коутса в молекулярной нейробиологии. – Это открытие предоставляет новое понимание о том, как создается архитектура головного мозга, и о потенциальном терапевтическом подходе, влияющем на это строение».

клетки мозгаВ коре головного мозга соседние клетки показаны во время создания соединений с визуальной корой (красный цвет) и соматосенсорной корой (зеленый цвет)

Ученые полагали, что программирование нейронов было одномоментным процессом. Они думали, что стволовые клетки, которые генерируют нейроны, также программируют их функции, когда они созревают. Хотя это правда, команда ученых обнаружила, что необходим еще один компонент: фактор транскрипции Lhx2 в зрелых нейронах, который, в конечном итоге, контролирует судьбу нейронов.

В исследовании на мышах ученые манипулировали фактором Lhx2, чтобы создать «переключатель» судьбы нейронов вскоре после рождения (когда нейроны мышей полностью сформированы и считаются зрелыми). Исследователи наблюдали, как контролированный ими фактор Lhx2 поручал нейронам, размещенным в одном сенсорном поле, обрабатывать другую сенсорную информацию, расширив, таким образом, одну область за счет другой. Ученые пока еще не знают, сможет ли управление с помощью фактора Lhx2 позволить нейронам изменять их функции в течение всей жизни организма.

«Это исследование приводит доказательства того, что головной мозг очень пластичный, что он отвечает на генетическое и эпигенетическое влияние и после рождения, — сказал О’Лири. – До клинического применения открытия при заболеваниях головного мозга еще далеко, но теперь у нас есть новый путь для размышлений об этом».

клетки мозгаВ переднем мозге эмбриона мыши показаны генетически модифицированные нейроны в неокортексе (оранжевый/желтый цвет). Кортикальные стволовые клетки и нейроны в других областях головного мозга остались неизменными.

«Поскольку это исследование было проведено на мышах, мы не знаем временные рамки, в которых фактор Lhx2 будет работать у людей, но мы знаем, что после рождения, нейроны в головном мозге ребенка все еще не определились со своей финальной функцией – они все еще развивают связи между собой. Это может занять годы», — сказал Зембрицки.

«Тем не менее, это открытие может способствовать успеху раннего вмешательства у некоторых очень маленьких детей с диагностированным аутизмом, — добавил Зембрицки. – Развитие взаимосвязей в головном мозге определено как генетически, так и под эпигенетическим влиянием окружающей среды; а раннее вмешательство, препятствующее неправильному формированию связей, может быть примером сходящихся генетических и эпигенетических механизмов, которые управляются с помощью фактора Lhx2».