Большая часть информации о клетках глии, которая пишется на страницах учебников и последних научных статей в топовых журналах, была получена при исследовании нервной системы млекопитающих.
Однако нервная система есть далеко не только у млекопитающих, и глия присутствует, разумеется, и у других животных, причем устроена она зачастую совершенно не так, как мы привыкли думать.
Клетки, похожие на глиальные, в ходе эволюции появились, по-видимому, у плоских червей. Нервная система плоских червей представлена двумя крупными церебральными ганглиями, от которых отходят два продольных нервных ствола с более мелкими ганглиями. По крайней мере, у двух плоских червей, Fasciola hepatica (печеночный сосальщик) и Notoplana acticola, в церебральных ганглиях наряду с нейронами имеются особые поддерживающие клетки, которые можно рассматривать как примитивную нейроглию.
Эти клетки по форме близки к клеткам мезенхимы и имеют длинные отростки, которые словно «обволакивают» пучки аксонов. Вероятно, примитивная глия плоских червей, не имеющих полости тела, образуется из заполняющей тело паренхимы, а отростчатую форму эти клетки приобретают позже, в ходе взаимодействия с элементами нервной системы. В некоторых глиальных клетках плоских червей имеются многочисленные включения гликогена, поэтому, возможно, эти клетки также снабжают нейроны «топливом».
У нематоды Caenorhabditis elegans, излюбленного модельного объекта нейробиологов и биологов вообще, глиальные клетки изучены вдоль и поперек. У этого червя имеется 50 глиальных клеток эктодермального происхождения и шесть глиальных клеток мезодермального происхождения (нейронов в его теле насчитывается 302; для Caenorhabditis elegans, как и для многих нематод, характерна эутелия – видоспецифичное количество клеток, образующих тело взрослой особи).
Морфологически глиальные клетки нематоды сильно отличаются от нейронов, однако они не экспрессируют ни один из белков-маркеров разных видов глиальных клеток млекопитающих. 46 из 56 глиальных клеток Caenorhabditis elegans входят в состав сенсорной системы и образуют вместе с отростками нейронов сенсорные органы, известные как сенсиллы. Четыре клетки глии мезодермального происхождения входят в состав нервного кольца – своего рода «мозга» червя, которое расположено в передней части тела. Передние отростки этих клеток формируют сенсиллы вокруг рта животного, а задние окружают нервные волокна в составе центрального нервного кольца.
Глиальные клетки кольца участвуют в развитии и морфогенезе нейронов и поддерживают функционирование синапсов. Оставшиеся глиальные клетки мезодермального происхождения обеспечивают связь нейронов с миоцитами и образуют уникальную для Caenorhabditis elegans группу глиальных клеток. Они связывают между собой нервное кольцо и мышцы глотки, располагаясь между нейронами и миоцитами наподобие начинки в сэндвиче и регулируя движения глотки животного во время питания. И с нейронами, и с миоцитами эти глиальные клетки связаны посредством щелевых контактов (щелевые контакты между глией и нейронами, помимо беспозвоночных, выявлены, в частности, в развивающейся нервной системе млекопитающих).
Любопытно, что в отсутствие глии Caenorhabditis elegans может жить, хотя и испытывает множество морфологических, сенсорных и поведенческих дефектов. Стоит отметить, что глия червя по многим параметрам существенно отличается от глии млекопитающих. Помимо того что у червя глиальные клетки не экспрессируют молекулярных маркеров глии млекопитающих, они лишены внутриклеточных депо кальция, и все кальциевые токи обеспечиваются входом ионов кальция в клетку извне через специальные каналы в мембране. Однако, как ни удивительно, молекулярные механизмы, контролирующие развитие и дифференцировку клеток глии, у Caenorhabditis elegans и млекопитающих схожи.
Например, для развития глиальных клеток у червя, как и у млекопитающих, необходим транскрипционный фактор LIN-26, в отсутствие которого глиальные клетки превращаются в нейроны. Гомеостатические функции глиальных клеток червя достоверно не установлены; возможно, они поддерживают на нужном уровне концентрацию ионов калия во внеклеточной среде и поглощают молекулы нейромедиаторов из синаптической щели. Тем не менее, установлено, что они модулируют активность нейронов, образуют обкладку нервных волокон, регулируют размер и морфологию сенсорных окончаний, а также играют важную роль в развитии нервной системы в ходе онтогенеза.
У дождевого червя Eisenia fetida, относящегося к типу кольчатых червей, глиальные клетки можно подразделить на несколько видов:
- клетки нейрилеммальной глии имеют продолговатую форму и длинные отростки;
- клетки субнейрилеммальной глии – мелкие, веретеновидные, несут немногочисленные отростки;
- клетки поддерживающей-питающей глии окружают тела нейронов и экспрессируют глиальный фибриллярный кислый белок – молекулярный маркер астроцитов млекопитающих;
- вокруг гигантских аксонов обвиваются особые глиальные клетки, формирующие изолирующую оболочку нервного волокна.
Мембраны клеток глии у дождевого червя располагаются очень близко к мембранам нейронов, формируя подобие межклеточных контактов, которые, возможно, участвуют в транспорте веществ от глиальных клеток к нейронам. Кроме того, в телах глиальных клеток часто обнаруживаются сложные везикулярные структуры, которые указывают на возможность секреции клетками каких-то веществ.
У другого хорошо изученного кольчатого червя – медицинской пиявки (Hirudo medicinalis) – каждый из 21 ганглиев включает ровно десять глиальных клеток. Две глиальные клетки формируют обкладку аксонов, шесть глиальных клеток окружают тела нейронов, и еще две гигантские глиальные клетки, тела которых достигают 100 мкм в диаметре, располагаются в сердцевине ганглия. Отростки гигантских глиальных клеток имеют длину около 350 мкм и интенсивно контактируют с дендритами нейронов. Иногда они даже проникают внутрь тел нейронов и образуют структуры, известные как трофоспонгии.
Примечательно, что глиальные клетки пиявки соединены друг с другом щелевыми контактами, сформированными белками иннексинами, и потому формируют настоящий функциональный синцитий (аналогичные щелевые контакты соединяют кардиомиоциты миокарда млекопитающих). У пиявки также имеются клетки микроглии, которые обеспечивают локальную иммунную защиту в ганглиях в ответ на повреждения тела.
Глиальные клетки, окружающие тела нейронов, и гигантские клетки по функциями примерно соответствуют астроцитам млекопитающих и играют гомеостатическую роль. В частности, клетки обкладки тел нейронов контролируют внеклеточную концентрацию ионов калия. Мембраны гигантских глиальных клеток обладают повышенной проницаемостью к ионам калия, поэтому на них поддерживается устойчивая гиперполяризация с потенциалом покоя около — 75 мВ.
Кроме того, гигантские глиальные клетки несут рецепторы к многим нейромедиаторам, в том числе ионотропные рецепторы глутамата, ацетилхолина и серотонина, а также метаботропные рецепторы глутамата, серотонина, миомодулина и, вероятно, пуринорецепторы типа P2Y и аденозиновые рецепторы. Эти клетки несут транспортеры для многих ионов и регулируют тканевой pH, а за счет транспортеров серотонина и ацетилхолина могут поглощать нейромедиаторы из синаптической щели и в дальнейшем осуществлять их катаболизм. Также гигантские глиальные клетки изменяют мембранный потенциал в соответствии с активностью нейронов и генерируют внутриклеточные кальциевые токи, однако, в отличие от глии млекопитающих, ионы кальция при этом не высвобождаются из внутриклеточных депо, а проникают в клетку извне через мембранные кальциевые каналы, подобно тому, как это происходит у Caenorhabditis elegans.
У насекомых нейроглия хорошо выражена. В частности, у плодовой мушки Drosophila melanogaster на долю глии приходится около 10 процентов клеток мозга. Глиальные клетки дрозофилы принято подразделять на следующие классы:
- глия периферической нервной системы, образующая оболочку нервных волокон;
- поверхностная глия, образующая барьер между нейронами и гемолимфой (подобие ГЭБ у млекопитающих). Поверхностную глию также подразделяют на периневральную глию (мелкие клетки, лежащие на поверхности ганглиев), и субпериневральную, или базальную глию (крупные уплощенные клетки, связанные между собой септированными контактами – уникальный для беспозвоночных вид межклеточных соединений). Периневральная глия ограничивает мозг как орган, образуя физический барьер, а субпериневральная глия регулирует транспорт веществ между мозгом и гемолимфой;
- корковая глия, которая взаимодействует с телами нейронов в ЦНС;
- глия нейропилей, которая покрывает залегающие в нейропилях аксоны и их синапсы;
- глия трактов, образующую оболочку аксональных трактов, соединяющих между собой различные нейропили.
Поверхностная глия, корковая глия и глия нейропилей по функциям схожи с астроцитами млекопитающих и поддерживают гомеостаз нервной ткани. Поверхностная глия, подразделяющаяся на два слоя, образует физический и химический барьер мозга.
Корковая глия имеет паренхиматозное строение и окружает тела нейронов, причем, в отличие от глии млекопитающих, каждая клетка корковой глии одновременно взаимодействует с несколькими нейронами. Корковая глия обеспечивает трофическое снабжение нейронов и контактирует с барьером между гемолимфой и мозгом, сформированным поверхностной глией.
Кроме того, клетки глии обволакивают концы трахеол (тончайших трубочек, обеспечивающих газообмен и пронизывающих все тело насекомого), которые доставляют кислород к нервной системе. Глия нейропилей играет важнейшую роль в образовании новых синапсов и синаптической передаче. Глию нейропилей подразделяют на клетки обкладки, которые очерчивают границы нейропиля, и астроцитоподобные клетки, по морфологии близкие к астроцитам млекопитающих, которые, в частности, с помощью специальных транспортеров поглощают молекулы нейромедиаторов, тем самым модулируя активность синапсов.
У дрозофилы клетки глии обладают возбудимостью и способны к спонтанной или индуцированной активации сигнального пути ионов кальция, которые могут выходить как из клеточных депо (в теле клетки), так и входить в клетку извне через каналы в мембране (на отростках). Кроме того, клетки глии, поддерживающие гомеостаз, регулируют ионный баланс нервной ткани, а также поглощают молекулы нейромедиаторов из синаптических щелей и обеспечивают их катаболизм, в частности, именно глия удаляет молекулы гистамина и ГАМК и разрушает их. Любопытно, что у дрозофилы поломка транспортеров глутамата, функционирующих в клетках глии, не является фатальной, а приводит к преобладанию гомосексуального поведения.
Наконец, у насекомых глия обладает нейропротекторными свойствами и обеспечивает питание нейронов. Например, в сетчатке медоносной пчелы глиальные клетки снабжают нейроны аланином, который далее превращается в пируват, из которого нейроны извлекают энергию. Гибель глиальных клеток приводит к скорой смерти нейронов, и у мух с наследственными дефектами в функционировании глии наблюдается активная нейродегенерация. Некоторые глиальные клетки насекомых способны к фагоцитозу и могут функционировать как локальные иммунные клетки, подобно микроглии млекопитающих.
У дрозофилы клетки глии образуют особые нейрогенные ниши, в которых пролиферируют и созревают нейробласты. Пролиферация и дифференцировка нейробластов находится под контролем глиальных клеток разных видов.
Текст: Елизавета Минина