От повседневных действий, таких как ходьба и разговор, до достижений в спорте или учебе — мозг постоянно получает и беспрепятственно обрабатывает информацию для создания этих невероятных моделей поведения. Этот процесс требует, чтобы целый оркестр клеток прислушивался друг к другу и настраивал свои функции так, чтобы они гармонировали друг с другом. Один из оставшихся наиболее фундаментальных вопросов нейробиологии заключается в том, как клетки мозга двигаются, взаимодействуют и координируются друг с другом, чтобы производить эти действия.
В головном мозге эта клеточная симфония включает не только нейроны, но и клетки , которые обычно играют роль в защите организма от патогенов. Одна группа — это крошечные иммунные клетки, называемые микроглией , которые, как узнают исследователи, играют огромную роль в функционировании мозга , здоровье и заболеваниях. Клетки также привлекают повышенное внимание из-за их роли в сборке и поддержании нейронных цепей , а также из-за того, как они могут изменять свою молекулярную идентичность, чтобы соответствовать окружающей среде. Для неврологов долгое время оставалось загадкой, как они производят это изменение.
В новом отчете в Nature группа исследователей из лаборатории профессора стволовых клеток и регенеративной биологии семьи Голуб Паолы Арлотты и из Центра психиатрических исследований Стэнли при Массачусетском технологическом институте и Гарварде приблизилась к ответу на этот вопрос. Статья, опубликованная в среду, показывает, что клетки микроглии «прислушиваются» к соседним нейронам и изменяют свое молекулярное состояние, чтобы соответствовать им.
«Когда они были впервые обнаружены, микроглия считалась просто мусорщиком, убирающим клеточный мусор и помогающим бороться с патогенами», — сказал Джеффри Стогсдилл, который руководил исследованием в качестве постдокторанта в лаборатории Арлотты. «Теперь мы знаем, что микроглия может взаимодействовать с нейронами очень сложными способами, которые могут влиять на функцию нейронов».
Это открытие может в один прекрасный день открыть двери для направлений исследований, которые смогут с высокой точностью нацеливаться на коммуникации между микроглией и их нейронами-партнерами (такие расстройства, как аутизм и шизофрения, возникают, когда эта связь между клетками нарушается).
«Вам больше не нужно будет рассматривать, например, микроглию как один из типов клеток при попытке воздействовать на мозг», — продолжает Стогсдилл. «Мы можем нацеливаться на очень конкретные состояния или на очень конкретные подтипы нейронов с возможностью изменять определенные состояния микроглии. Это позволяет нам иметь высокий уровень детализации».
Исследование дает уникальное представление о том, как различные типы клеток работают вместе в гармонии.
«То, что мы обнаруживаем здесь, — это правила, по которым разные типы клеток в мозге общаются друг с другом и влияют друг на друга, чтобы в конечном итоге иметь возможность делать больше вместе», — сказал старший автор Арлотта, член института в Броуде.
В статье ученые описывают, как нейроны обучают микроглию работать с ними, когда они впервые встречаются, в начале жизни мозга. Группа обнаружила, что во время формирования коры головного мозга — части мозга, ответственной за квалифицированную двигательную функцию, сенсорное восприятие и познание — различные типы нейронов влияют на количество и молекулярное состояние близлежащих микроглий по-своему уникальным образом.
«Эти разные типы корковых нейронов задействуют разное количество микроглии», — сказал Стогсдилл. «Затем они моделируют эти микроглии, чтобы точно сказать, какого типа они должны быть».
Кора головного мозга организована в слои, в каждом из которых находятся разные типы нейронов. Исследователи использовали методы генетического профилирования для изучения микроглии в разных слоях и обнаружили, что микроглия различается по количеству и молекулярному состоянию в зависимости от слоя, в котором она была обнаружена. Затем команда изменила состав типов нейронов в этих слоях и обнаружила, что они могут влиять на распределение различных состояний микроглии. Микроглия соответствовала типам нейронов в новых местах, подтверждая, что нейроны влияли на них.
Затем исследовательская группа построила молекулярный атлас, в котором описаны связи между нейронами и микроглией. Команда проанализировала свои данные профилирования, чтобы найти пары взаимодействующих белков, экспрессируемых различными состояниями микроглии и их партнерами-нейронами. Такой молекулярный атлас может позволить в будущем исследовать функциональную роль этих взаимодействий и возможные цели для терапевтического вмешательства. Они планируют начать с точного объяснения различий и функциональных различий микроглии в разных слоях.
«Мы знаем, что микроглия может влиять на функцию нервной цепи, и теперь мы знаем, что нейроны могут рекрутировать определенные типы микроглии по соседству», — сказал Арлотта. «Это захватывающая идея, что нейроны могут изменять свою среду, чтобы помочь точно настроить свою собственную функцию цепи».
