Когда нейроны, участвующие в движении, называемые двигательными нейронами, формируются, они должны создавать связи, которые простираются от головного мозга, ствола мозга или спинного мозга до головы, рук или кончиков пальцев ног. Как нейроны ориентируются в этих системах и «решают», где и как им расти, во многом остается загадкой.
Теперь новое совместное исследование ученых из Института Солка и их коллег из Научного института Сан-Рафаэле в Италии показывает, как гены кровеносных сосудов играют решающую роль в развитии двигательных нейронов, приказывая кровеносным сосудам убраться с дороги.
Результаты, опубликованные 7 октября 2022 года в журнале Neuron, дают новое понимание того, как «тяни-толкай» взаимосвязь с кровеносными сосудами, при которой растущие нейроны одновременно притягивают к себе кровеносные сосуды и одновременно отталкивают их в сторону, направляют рост и развитие двигательных нейронов и, возможно, самых разнообразных типов клеток по всему телу.
Это открытие также имеет значение для понимания заболеваний, при которых разрушаются связи двигательных нейронов, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) или спинальная мышечная атрофия (СМА).
«Это открытие раскрывает ряд молекулярных и клеточных взаимодействий, которые раньше не понимались», — говорит соавтор Сэмюэл Пфафф, профессор Лаборатории экспрессии генов и заведующий кафедрой Бенджамина Х. Льюиса в Солке.
«Наше открытие того, как эти гены регулируют рост кровеносных сосудов и развитие нейронов, имеет значение, которое варьируется от понимания того, как формируются другие мозговые цепи, до даже понимания того, как раковые клетки взаимодействуют с окружающей средой».
Связи двигательных нейронов формируются во время внутриутробного развития. Этот процесс подключения нервной системы чрезвычайно точен: клетки образуют триллионы соединений, которые распространяются по всему телу. И все же генетический процесс, управляющий этим развитием, до сих пор плохо изучен.
Предыдущие исследования были сосредоточены на роли конкретных генов, непосредственно связанных с двигательными нейронами, и на том, как они растут. Но для этого исследования ученые использовали более широкий подход, рассматривая гены как внутри, так и вне нервной системы.
Исследователи рандомизировали генетические мутации у мышей и внимательно изучили развивающиеся двигательные нейроны животных. К своему удивлению, они обнаружили, что у мышей, двигательные нейроны которых росли неправильно, были мутации, затрагивающие не нервную систему, а сосудистую систему , в которую входят кровеносные сосуды.
У здоровых мышей моторные нейроны могут отрастать от спинного мозга и проходить через окружающие ткани, достигая отдаленных групп мышц. Однако ученые заметили, что у мышей с сосудистыми мутациями моторные нейроны, казалось, застряли за барьером кровеносных сосудов. Они обнаружили, что мутация повлияла на способность кровеносных сосудов ощущать приближающиеся нейроны и уходить с дороги.
«Происходит столкновение между растущими аксонами и сосудистыми клетками», — говорит соавтор Дарио Бонаноми, руководитель группы молекулярной нейробиологии в Научном институте Сан-Раффаэле в Милане, Италия, ранее работавший в Солке. «Когда вы удаляете этот рецептор из клеток кровеносных сосудов, двигательные аксоны сталкиваются с кровеносными сосудами, и их продвижение к мышцам нарушается и блокируется».
Открытие освещает тонкий танец развивающихся нейронов, которым необходимо привлекать кровеносные сосуды, чтобы стимулировать их рост, а также отталкивать их, чтобы они уходили с дороги. Это актуально для устранения препятствий, которые необходимо преодолеть при разработке «заместительной терапии» двигательных нейронов с использованием стволовых клеток, потенциального лечения заболеваний, при которых происходит дегенерация двигательных нейронов , включая БАС и СМА.
В будущем ученые планируют изучить «перекрестные помехи» между нервами и кровеносными сосудами в других контекстах, а также то, как нервная и сосудистая системы реагируют на инсульт, травмы головного мозга и дегенеративные заболевания, такие как БАС и СМА.
