В отличие от фоторецепторов сетчатки или волосковых клеток внутреннего уха, которые невозможно заменить после повреждения, обонятельные нейроны обладают уникальной способностью к регенерации на протяжении всей жизни. Что еще более примечательно, регенерированные нейроны должны направлять свои аксоны по пути через носовой эпителий к мозгу на расстояние, в тысячу раз превышающее длину клетки, где они устанавливают правильные связи.
Если регенерирующие нейроны неправильно подключены к разным клубочкам, восприятие запаха изменится.В выпуске журнала Science от 11 апреля 2014 г. младший исследователь К. Рон Ю, доктор философии и его коллеги из Института медицинских исследований Стоуэрса определили окно развития, в течение которого обонятельные нейроны новорожденных мышей могут формировать правильную карту проводки. Они показывают, что если после этого периода поддерживаются неправильные нейронные связи, обновляющиеся клетки также будут неправильно подключены.
Их результаты также намекают на то, как обонятельные нейроны соединяются со своими целями. Хотя ученые могут заставить стволовые клетки стать нейронами, они мало знают о том, как точно управлять ими, чтобы установить правильные связи. Эта работа предлагает дополнительные навыки нацеливания, которые нейроны, генерируемые стволовыми клетками, должны приобрести для восстановления головного или спинного мозга.Ранее исследователи думали, что, поскольку обонятельные нейроны демонстрируют пожизненную регенерацию, они также сохраняют способность восстанавливать правильные связи. «Мы показываем, что это не так», — говорит Ю. В отчете его команда использует ряд линий трансгенных мышей, чтобы продемонстрировать, что первая неделя после рождения является критическим периодом времени, в течение которого неправильные прогнозы могут быть восстановлены до нормальных. «Если неправильное нацеливание не будет исправлено в течение этого периода, клетки все равно будут восстанавливаться, но многие останутся на неправильных путях».
Ю добавляет.Нейронная проводка заинтриговала Ю с тех пор, как он работал доктором в лаборатории Ричарда Акселя, доктора медицины, в Колумбийском университете.
Тогда Ю создал генетически модифицированную мышь, в которой он мог временно приглушать возбуждение обонятельных нейронов. Он обнаружил, что инактивация нейронов заставляет их подключаться не к тем клубочкам. Поступив в Институт Стоуэрса в 2005 году, Ю начал задаваться вопросом, можно ли восстановить у мышей неправильно запрограммированную обонятельную карту.В этой новой работе команда Ю, возглавляемая первым автором Лимей Ма, доктором философии, сообщает, что если отключенные сенсорные нейроны реактивируются в течение недели после рождения мыши, ошибочные связи обонятельных нейронов восстанавливаются.
Однако после этого критического периода нейроны, по-видимому, утратили способность устанавливать правильные связи и фактически поддерживали связи с неправильными клубочками.«По прошествии первой недели мы считаем, что вновь сгенерированные нейроны следуют по уже существующим трекам к своей цели», — говорит Ма, старший научный сотрудник лаборатории Yu. Ключевой вывод отчета поддерживает эту идею.
Команда спровоцировала временный кризис идентичности в обонятельных нейронах, неправильно экспрессируя рецептор запаха, называемый M71, в клетках, где он обычно не отображается. Удивительно, но только нейроны, которые обычно экспрессируют рецептор M71, нацелены на «неправильные» клубочки, а не нейроны, которые экспрессируют разные рецепторы запаха.
Интерпретация этого эксперимента состоит в том, что поздние обонятельные нейроны, экспрессирующие определенный рецептор, распознают и следуют по маршруту, установленному ранее нейронами, экспрессирующими тот же самый рецептор, даже если последние экспрессировали этот рецептор в результате экспериментальных манипуляций. «Эти обонятельные нейроны имеют идентификационные метки», — говорит Ма, имея в виду рецепторы. «И им нравится подписываться на других, отображающих тот же тег».Пока что исследователи не определили молекулярную основу переключения нацеливания, происходящего в конце однонедельного периода. «Мы не знаем, что мешает этим клеткам поздней стадии восстанавливать правильные связи», — объясняет Ма. «Либо сигналы, которые их направляют, исчезают, либо их аксоны сталкиваются с физическим барьером на пути к цели».
Ю предполагает, что исследования обонятельной системы дадут ключ к разгадке того, как регенерированный нейрон — либо естественным путем в случае обонятельного нейрона, либо с помощью стволовой технологии — находит свою цель и устанавливает правильную связь. «Чтобы восстановить поврежденный спинной мозг, вам необходимо убедиться, что вновь сгенерированные двигательные нейроны нацелены на правую мышцу», — говорит Ю. «Следующая цель — идентифицировать молекулярные сигналы, которые позволяют делать правильные прогнозы».