Ещё раз доказали, что глия – это не просто опорные клетки, исследователи из Каролинского института в Швеции, продемонстрировав их ключевые функции в дыхательном центре ствола мозга, где они вырабатывают молекулы воспалительного характера, которые регулируют дыхание.
Работа, представленная в журнале eLife, может дать новый взгляд на причины респираторных заболеваний и на внезапный постнатальный коллапс новорожденных (SUPC).
Контроль дыхания необходим для жизни. Без адекватного ответа на повышение уровня углекислого газа люди попросту не смогут существовать. Есть некоторые механизмы контроля, которые заставляют организм реагировать на изменение концентрации в крови CO2, тем самым предотвращая смерть от гипоксии, и исследовательская группа Эрика Герлинюса (Eric Herlenius), профессора педиатрии в Каролинском институте (Karolinska Institutet) показала, что молекулы простагландина E2 (PGE2), которые обычно высвобождаются во время воспалительных процессов, вырабатываются в стволе мозга при высоких уровнях CO2, влияя на характер и тип дыхания. Теперь группа доказала, что за это отвечают астроциты – глиальные клетки, находящиеся в дыхательном центре продолговатого мозга.
«Астроциты когда-то рассматривались как своего рода клей, который поддерживает все элементы мозга на своих местах. Затем их считали просто помощниками, обеспечивающими структурную и метаболическую поддержку нейронов. Но исследования последних нескольких лет показывают, что они самым непосредственным образом участвуют во многих жизненно важных процессах, в том числе в дыхании», — отмечает Эрик Герленюс.
Чтобы изучить роль астроцитов в дыхании, исследователи использовали специально разработанную технику, в которой часть ствола мозга мыши поддерживается в особой питательной среде. В течение нескольких недель нейроны и астроциты продолжают связываться друг с другом и могут передавать сигналы и генерировать ритмическую активность мотонейронов, как будто они «дышат».
В мембраны астроцитов с помощью оптогенетики встроили светочувствительные белки, активирующиеся при помощи света, а также пометили клетки флуоресцентным красителем. Хоть большинство из них и не участвовало в генерации ритма, некоторые создавали в дыхательном центре свою собственную функциональную сеть, демонстрируя ритмическую активность. Они тесным образом интегрировались с нейронами, влияя на их работу и, следовательно, на дыхание.
Интересно, что роль астроцитов различалась между двумя изученными дыхательными центрами мозга. В одном их активация вызывала увеличение чувствительности нейронов, в то время как в другой активность нервных клеток оставалась неизменной. Это говорит о том, что в мозге имеется несколько различных типов астроцитов, которые распределяются в стволе тоже по-разному.
Активация астроцитов также вызывала повышение уровня PGE2 и ослабляла реакцию дыхательного центра на высокие концентрации СО2, указывая на то, что астроциты «устают». Поскольку PGE2 появляется при воспалениях, исследователи предполагают, что этот фактор нарушает нормальные физиологические реакции на СО2, что может привести к потенциально опасным для жизни проблемам с дыханием.
Теперь ученые планируют узнать, может ли истощение астроцитов объяснить такие явления, как SUPC, когда у новорожденных внезапно появляются респираторные нарушения.
«Рождение вызывает сильную стрессовую реакцию у ребенка, что приводит к высоким уровням PGE2. Это оказывает благотворное влияние на младенцев, но мы считаем, что есть немалая опасность в сочетании с высоким уровнем СО2», — говорят учёные.
Текст: Анна Хоружая