Генетические механизмы пластичности мозга обнаружены у плодовой мушки

Исследователи из Бирмингемского университета выявили генетические механизмы, управляющие пластичностью мозга — его способностью меняться и адаптироваться.

Работа проводилась на плодовой мушке Drosophila, важном модельном организме в нейронауке, который позволяет изучать всю нервную систему целиком. Это даёт возможность идентифицировать гены и проследить их связь от конкретных нейронов до нейронных цепей, структуры мозга и поведения.

Это фундаментальное исследование может проложить путь к более глубокому пониманию того, как адаптируется человеческий мозг, и связи между пластичностью и нейродегенерацией.

Учёные давно знают, что человеческий мозг пластичен. Например, он меняется, когда мы учимся новому, или позволяет адаптироваться и компенсировать последствия ампутации или повреждения части мозга. Однако механизмы, лежащие в основе этой пластичности, изучены плохо.

В новом исследовании, опубликованном в журнале eLife 18 февраля 2020 года, учёные из Школы биологических наук Бирмингемского университета определили конкретный набор генов, регулирующих пластичность мозга.

Эти гены кодируют белки, называемые Toll-рецепторами, которые отвечают за приём и передачу сигналов внутри клеток. Известно, что Tolls играют центральную роль в иммунной системе организма, но команда под руководством профессора Алисии Идальго ранее показала, что они также влияют на формирование нервной системы. Теперь связь Tolls с пластичностью мозга стала следующим важным и неожиданным открытием.

Профессор Идальго поясняет: "Конкретные молекулы, которые мы идентифицировали, хорошо известны своей ролью в регулировании иммунной системы организма. Возможно, в эволюции нервная и иммунная системы имели общее происхождение, поскольку выполняют схожие функции — например, иммунная система защищает нас от микробов, а нервная система через поведение помогает защититься от более крупных опасностей, реагируя на угрозы. И кажется, что пластичность мозга реактивирует механизмы, которые работают во время формирования мозга в процессе развития".

Исследователи обнаружили, что Toll-рецепторы, которых 9 в мозге Drosophila и 11 в человеческом мозге, присутствуют в разных областях мозга, отвечающих за различные функции. Отсюда они регулируют количество нейронов и размер мозга.

"Такое расположение Tolls предполагает, что они могут работать независимо друг от друга, возможно, для контроля реакции на различные сенсорные стимулы, такие как обоняние или зрение", — говорит профессор Идальго. "Их активность можно модулировать, чтобы влиять на формирование и поддержание определённых типов нейронов в ответ на опыт".

Пока неизвестно, насколько точно механизмы, обнаруженные у Drosophila, будут соответствовать таковым в человеческом мозге, но эта работа даёт важные подсказки о том, что искать в человеческом мозге для понимания пластичности.

"Drosophila — мощный модельный организм, потому что мы можем показать, что пластичность мозга имеет генетическую основу, и определить, как гены контролируют этот процесс", — говорит профессор Идальго. "Это даёт нам действительно полезный набор ключей и представлений о молекулярных механизмах пластичности и в человеческом мозге".