Новые клетки мозга начались с периода чрезмерного роста, посылая множество нейрональных ветвей, прежде чем мозг сократил связи. Наблюдение, описанное 2 мая 2016 года в журнале Nature Neuroscience, предполагает, что новые клетки в мозге взрослого человека имеют больше общего с клетками эмбрионального мозга, чем думали ранее ученые, и могут иметь значение для понимания болезней, включая аутизм, умственную отсталость и шизофрению.
«Мы были удивлены масштабом наблюдаемой обрезки», — говорит старший автор исследования Расти Гейдж, профессор лаборатории генетики Солка и заведующий кафедрой Ви и Джона Адлера по исследованиям возрастных нейродегенеративных заболеваний.Хотя большая часть миллиардов клеток мозга формируется еще до рождения, Гейдж и другие ранее показали, что в некоторых избранных областях мозга млекопитающих стволовые клетки развиваются в новые нейроны в зрелом возрасте. В новом исследовании группа Гейджа сосредоточилась на клетках зубчатой извилины, области в глубине мозга, которая, как считается, отвечает за формирование новых воспоминаний. Ученые использовали новую технику микроскопии, чтобы наблюдать за образованием новых клеток в зубчатой извилине взрослых мышей.
«Это первый раз, когда мы смогли отобразить зубчатые нейроны, растущие у живого животного», — говорит Тиаго Гонсалвес, научный сотрудник лаборатории Гейджа и первый автор новой статьи.Гонкалвес и Гейдж ежедневно наблюдали за ростом нейронов в течение нескольких недель.
Когда животное было помещено в среду с большим количеством стимулов — бегущими колесами, пластиковыми трубками и куполами — новые клетки быстро росли, посылая десятки ветвей, называемых дендритами, которые получают электрические сигналы от окружающих нейронов. При содержании в пустом корпусе новые нейроны росли немного медленнее и отправляли в среднем на несколько дендритов меньше.
Но в обоих случаях дендриты новых клеток начали сокращаться.«Что было действительно удивительно, так это то, что клетки, которые вначале росли быстрее и становились больше, были обрезаны, так что в конечном итоге они стали похожи на все другие клетки», — говорит Гонсалвес.
Далее он и его коллеги показали, что изменение сигнальных путей может имитировать некоторые эффекты сложной окружающей среды — клетки сначала росли больше, но также сокращались раньше.Так зачем же мозгу тратить энергию на развитие большего количества дендритов, чем необходимо? Исследователи подозревают, что чем больше дендритов начинается в нейроне, тем больше у него гибкости, чтобы обрезать точно нужные ветви.«Результаты показывают, что существует значительное биологическое давление, чтобы поддерживать или удерживать дендритное дерево этих нейронов», — говорит Гейдж.
Дефекты дендритов нейронов связаны с многочисленными заболеваниями головного мозга, включая шизофрению, болезнь Альцгеймера, эпилепсию и аутизм. Диаграмма того, как мозг формирует эти ветви — как во время эмбрионального развития, так и во взрослом возрасте — может быть ключом к пониманию психического здоровья.
«Это также имеет большие последствия для регенеративной медицины», — говорит Гонсалвес. «Можем ли мы заменить клетки в этой области мозга новыми стволовыми клетками, и будут ли они развиваться таким же образом? Мы пока не знаем».