По словам Трейси Ларсон, если ученые смогут и дальше задействовать этот процесс и понять, как работают эти сигналы, это может привести к способам использования этих сигналов и поощрения замены клеток в человеческом мозгу, которые потеряли нейроны естественным образом из-за старения, тяжелой депрессии или болезни Альцгеймера. , докторант Вашингтонского университета по биологии. Она ведущий автор статьи в сентябре. 23 Journal of Neuroscience о рождении клеток мозга, которое следует за естественной смертью клеток мозга.
Нейробиологам давно известно, что новые нейроны генерируются во взрослом мозге многих животных, но рождение новых нейронов — или нейрогенез — у млекопитающих и людей, по-видимому, ограничено, особенно когда новые нейроны генерируются после удара по голове. , инсульт или другая физическая потеря клеток мозга, — сказал Ларсон.
Этот процесс, называемый «регенеративным» нейрогенезом, изучается у млекопитающих с 1990-х годов.
По словам Ларсона, это первое опубликованное исследование, посвященное изучению способности мозга заменять клетки, которые были потеряны естественным путем.
«Многие нейродегенеративные расстройства не вызваны травмой, — пишут соавторы, — поэтому очень важно определить, происходит ли и как реактивный нейрогенез происходит при нейродегенеративных состояниях, не вызванных травмой."
Исследователи работали с белыми воробьями Гамбеля, среднего размера 7 дюймов (18 сантиметров) в длину, которые гнездятся на Аляске, а затем зимуют в Калифорнии и Мексике.
Иногда в стаях из более чем 100 птиц они могут быть настолько многочисленны в некоторых частях Калифорнии, что считаются вредителями. Те, что в этой работе, прибыли из Восточного Вашингтона.
Как и большинство певчих птиц, белоснежные воробьи Гамбеля испытывают рост в той области мозга, которая контролирует воспроизведение песни во время сезона размножения, когда превосходная песня помогает им привлекать партнеров и определять свою территорию. В конце сезона, вероятно, из-за того, что наличие дополнительных клеток требует затрат энергии и стероидов, которые им требуются, клетки начинают естественным образом умирать, и пение птиц ухудшается.
С белыми воробьями Гамбеля особенно хорошо работать, потому что их цикл размножения тесно связан с количеством получаемого солнечного света. Дайте им 20 часов света в лаборатории вместе с правильным увеличением стероидов, и они готовы к размножению. Уменьшите свет до восьми — 12 часов и уменьшите дозу стероидов, племенное поведение закончится.
«По мере того, как уровень гормонов снижается, клетки в части мозга, контролирующей песню, больше не имеют сигнала« оставаться в живых »», — сказал Ларсон. "Эти клетки подвергаются запрограммированной клеточной смерти — или клеточному самоубийству, как некоторые называют это. По мере того, как эти клетки умирают, вероятно, они испускают какой-то сигнал, который каким-то образом передается стволовым клеткам, находящимся в головном мозге.
Каким бы ни был этот сигнал, затем эти клетки начинают делиться и заменять потерю ячейки, которая отправила сигнал, чтобы начать с."
Следующей весной все, что нужно, — это увеличить количество стероидов, и новые клетки начнут размножаться в песенном центре мозга.
«В этой статье не описана точная природа сигналов, стимулирующих распространение», — сказал Ларсон. "Мы просто описываем феномен, что существует связь между отмиранием клеток и пролиферацией стволовых клеток. Нахождение сигнала — следующий шаг."
«Трейси действительно решила эту проблему, заблокировав гибель клеток в конце периода размножения», — сказал Элиот Бреновиц, профессор психологии и биологии Университета штата Вашингтон и соавтор статьи. "Есть химические вещества, которые можно использовать, чтобы отключить путь самоубийства клеток.
Когда это было сделано, гораздо меньше стволовых клеток делились. Вы не получите такого большого всплеска рождения новых нейронов. Это важно, потому что это показывает, что в умирающих клетках есть что-то, что запускает процесс замещения.’
«Нет причин думать, что то, что происходит в мозгу птицы, не происходит и в мозге млекопитающих, в человеческом мозге», — говорит Бреновиц. "Насколько нам известно, молекулы одинаковы, пути и гормоны одинаковы.
Это конечная цель всего этого — выявить эти молекулярные механизмы, которые будут использоваться для восстановления человеческого мозга."
У млекопитающих область мозга, которая контролирует обоняние, и та, которая, как считается, играет роль в воспоминаниях, может производить крошечное количество новых клеток мозга, но непонятно, как и почему.
Количество новых клеток настолько низкое, что попытка идентифицировать и количественно оценить, заменяются ли умирающие клетки, и если да, то какие шаги в этом процессе гораздо сложнее, чем при использовании певчей птицы, такой как белоснежный воробей Гамбеля, сказали Ларсон и Бреновиц.
Другими соавторами статьи являются Нивретта Татра, которая начала работать с Ларсоном, еще учась в средней школе, продолжила, получая степень бакалавра в Университете штата Вашингтон, и сейчас работает в Институте исследований мозга Аллена; и Брайан Ли, который работал в лаборатории Бреновица в UW, одновременно получая степень бакалавра в Университете Джона Хопкинса.
Работа поддержана Национальным институтом здравоохранения и Департаментом биологии Университета штата Вашингтон.