Подобно геккону, который отращивает сломанный хвост, наша периферическая нервная система знает, как восстанавливать ветви своих клеток после травмы. К сожалению, клетки нашей центральной нервной системы — головного и спинного мозга — гораздо более ограничены, когда дело доходит до регенерации.
Соответственно, болезни, приводящие к дегенерации и гибели нейронов головного мозга, такие как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и БАС, необратимы и неизлечимы. Итак, что же такого особенного в периферической нервной системе , которая соединяет наш головной и спинной мозг с другими органами, что дает ей возможность так легко регенерировать?
В новом исследовании исследователи из Института науки Вейцмана обнаружили, что белок, который, как ранее было известно, экспрессировался только во время эмбрионального развития , играет ключевую роль в регенерации взрослых нейронов периферической нервной системы.
Когда эмбриональные клетки дифференцируются во взрослые нервные клетки, уровень белка под названием PTBP1 резко снижается, и считается, что это падение является ключом к их трансформации в нейроны. Предыдущие исследования даже показали, что после завершения процесса дифференцировки взрослые нейроны центральной нервной системы перестают вырабатывать PTBP1.
В последние несколько лет эти результаты вдохновили исследовательские группы попытаться воспроизвести этот процесс в лаборатории, снизив уровень PTBP1 в клетках, которые не являются нейронами, в попытке превратить их во взрослые нейроны. Была надежда, что этот подход можно будет использовать для создания новых нейронов в мозгу людей с нейродегенеративными заболеваниями.
Но, ко всеобщему удивлению, теперь оказалось, что белок PTBP1 не экспрессируется исключительно в недифференцированных эмбриональных клетках; он также экспрессируется во взрослых нейронах периферической нервной системы. К такому выводу пришло новое исследование, проведенное постдокторантом доктором Стефани Альбер и докторантом Пьерлуиджи Ди Маттео в лаборатории профессора Майка Файнзильбера на кафедре биомолекулярных наук и молекулярной нейронауки Вейцмана.
Свое открытие исследователи сделали совершенно случайно, изучая процессы в седалищном нерве мыши, который проходит вдоль голени к ступне. Первоначальной целью исследования было найти молекулы, которые регулируют выработку совершенно другого белка, KPNB1, «почтового фургона», ответственного за доставку большинства сообщений от отдаленных ветвей нейрона к ядру. Помимо других своих функций, KPNB1 отвечает за сообщение ядру о повреждении нервного отростка, чтобы клетка могла начать его регенерацию.
Но прежде чем почтовые фургоны KPNB1 смогут начать доставлять сообщения от нервных ветвей к ядру, молекулы-мессенджеры РНК, содержащие инструкции по изготовлению этих фургонов, должны быть отправлены в обратном направлении, от ядра к ветвям.
На пути к месту назначения или когда он прибывает, другие молекулы могут связываться с РНК-мессенджером, замедляя или ускоряя его и тем самым контролируя, сколько почтовых фургонов будет произведено и с какой скоростью. Удивительным открытием нового исследования стало то, что PTBP1 не только присутствует во взрослых клетках, но и очень хорошо связывается с информационной РНК почтового фургона. Но как PTBP1 влияет на функцию и регенерацию нейронов — если вообще влияет?
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи изучили реакцию нейронов на травму. Они обнаружили, что через три дня после травмы уровень PTBP1 в клетке начал повышаться, достигнув самого высокого уровня через неделю. Ученые также увидели, что по мере повышения этих уровней клетки нервных ветвей начали регенерировать. Секвенирование молекул информационной РНК, связанных с PTBP1 после травмы, показало, что белок связывается не только с молекулами РНК почтового фургона, но также с молекулами РНК, кодирующими другие белки, которые играют роль в регенерации нервных клеток.
Одним из этих белков был RHOA, важная молекула, контролирующая как процесс дифференцировки, так и регенерацию клеток, которая действует как «выключатель», ингибирующий клеточный рост.
Чтобы продолжить исследование роли PTBP1 во взрослых клетках, исследователи приглушили его в этих клетках с помощью генной инженерии. В результате произошло снижение регенерации нервных клеток, участвующих в передаче болевых ощущений в периферической нервной системе. Команда также обнаружила, что подавление экспрессии PTBP1 повышает чувствительность к механическим раздражителям и теплу.
Чтобы получить более глубокое понимание того, как PTBP1 влияет на регенерацию нейронов, исследователи изучили, как он влияет на «выключение» RHOA. Они обнаружили, что PTBP1 подавляет выработку этого управляющего переключателя в ветвях нервных клеток, тем самым позволяя им расти и регенерировать. Все эти данные позволяют предположить, что продукция PTBP1 в периферических нервных клетках поддерживает их эффективную регенерацию, в отличие от ситуации в нейронах центральной нервной системы.
«Десятки миллионов людей во всем мире страдают заболеваниями, которые приводят к дегенерации и гибели нейронов головного мозга», — говорит Файнзильбер. «Чтобы понять, почему центральная нервная система терпит неудачу в попытках регенерации после травмы, мы должны сначала понять успешную регенерацию периферической нервной системы. Наше новое исследование выявило ключевой белок в процессе регенерации периферических нейронов. Теперь мы можем идти дальше изучить, ограничивает ли это регенеративные возможности центральной нервной системы и если да, то каким образом ».
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
