Инсулиноподобный сигнал необходим для выживания стволовых клеток во взрослом мозге
Биологи из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили сигнал, который поддерживает жизнь стволовых клеток во взрослом мозге. Это открытие указывает направление для исследований, цель которых — восстановить или «подселить» стволовые клетки в мозг для регенерации повреждённых областей.
Исследователи выяснили на примере плодовых мушек (Drosophila), что постоянная активация инсулинового рецептора в мозге предотвращает гибель нейральных стволовых клеток, которая обычно происходит при созревании большинства областей мозга во взрослую форму. Пока неизвестно, сработает ли такой же подход у людей, но команда намерена это выяснить.
«Эта работа не указывает способ вернуть уже утраченные стволовые клетки у взрослого организма, но она показывает, какие механизмы, вероятно, ответственны за их изначальное устранение», — пояснил профессор молекулярной и клеточной биологии Ишвар К. Харихаран. «Кроме того, если бы удалось ввести нейральные стволовые клетки во взрослый мозг, наше исследование подсказывает, какие механизмы нужно активировать, чтобы поддерживать их в живых».
Харихаран отметил, что другие учёные добивались сохранения нейральных стволовых клеток, блокируя гены, вызывающие их гибель. Однако этого недостаточно для получения здоровых, нормально выглядящих стволовых клеток, способных производить зрелые нейроны. Новое открытие команды показывает, что также необходимо обеспечить инсулиноподобный сигнал. Если остановка гибели стволовых клеток аналогична снятию ноги с тормоза, то обеспечение инсулиноподобного сигнала — это нажатие на газ. Оба действия необходимы.
Харихаран, научный сотрудник Сара Э. Сигрист и их коллеги опубликовали результаты в онлайн-версии журнала Current Biology 25 марта. Отчёт появится в печатном выпуске журнала 13 апреля.
Большинство областей взрослого мозга млекопитающих и плодовых мушек лишены нейральных стволовых клеток — единственных клеток, способных генерировать полноценные нейроны. По словам Харихарана, именно отсутствие этих клеток, вероятно, не позволяет повреждённому мозгу заменять погибшие нейроны.
В новом исследовании Сигрист показала, что стволовые клетки, присутствующие на куколочной стадии мух, исчезают во взрослом мозге из-за гибели, а не просто созревания в нейроны. Дольше всего сохранялись стволовые клетки в грибовидных телах — области мозга мухи, ответственной за память и обучение, которая в некотором роде аналогична гиппокампу у человека.
В последующих экспериментах она попыталась предотвратить гибель нейральных стволовых клеток у мух, генетически блокируя процесс программируемой клеточной смерти (апоптоз). Хотя это позволило клеткам выживать дольше, они оставались маленькими и производили мало нейронов. Более того, они демонстрировали признаки нарушения роста, характерные для недостатка инсулина.
Затем Сигрист использовала различные генетические манипуляции, чтобы имитировать инсулиноподобный сигнал, на этот раз у мутантных мух с также заблокированными генами апоптоза. Удивительно, но нейральные стволовые клетки сохранялись как минимум месяц и даже генерировали множество зрелых, внешне нормальных нервных клеток.
«Эти нейральные стволовые клетки, похоже, ведут себя правильно: они экспрессируют ожидаемые белки, выглядят как их нормальные аналоги и, что важнее всего, производят клетки, которые становятся нормальными зрелыми нервными клетками. Эти нейроны образуют отростки (аксоны), которые, в некоторых случаях, следуют по обычным путям», — сказала Сигрист. «Мы не знаем, функционируют ли эти клетки нормально или обладают электрической активностью. Но, по крайней мере, обнадёживает, что мы можем получить нервные клетки в части мозга мухи, которая в норме не способна производить их во взрослом состоянии».
«Саре пришлось провести две манипуляции вместе, чтобы сохранить эти нейральные стволовые клетки в живых, и по отдельности ни одна не работала», — добавил Харихаран. «Первая — поддерживать инсулиновый сигнал, вторая — блокировать программируемую клеточную смерть. Каждая немного улучшала ситуацию, но при совместном применении стволовые клетки выживали месяц, за это время они производили зрелые нейроны нормального вида, отращивающие отростки».
Сигрист планирует продолжить поиск среди мутантных линий мух, чтобы найти другие гены, улучшающие выживаемость клеток в грибовидных телах и позволяющие стволовым клеткам в других областях мозга мухи сохраняться. Она также планирует сотрудничество для изучения аналогичных механизмов у млекопитающих, чтобы проверить, могут ли сходные манипуляции поддерживать жизнь нейральных стволовых клеток в мозге млекопитающих.
«У плодовых мушек пути, действующие ниже инсулинового рецептора, важны для выживания этих нейральных стволовых клеток», — сказала Сигрист. «У млекопитающих те же гены работают ниже их инсулиновых рецепторов, поэтому мы можем обнаружить такую же реакцию на инсулин или инсулиноподобные факторы роста».