Ученые из лаборатории Колд Спринг Харбор установили нестандартный вид связи клеток-канделябров с нейронами и их решающую роль в передаче мозговых сигналов.
До недавнего времени клетки-канделябры оставались загадкой, потому что количество их настолько мало, что их исследование вызывало изрядные трудности. Однако вклад этих клеток в работу мозга и нашу жизнь неоценим, ведь их дисфункция приводит к таким серьезным заболеваниям, как аутизм, эпилепсия и шизофрения. Работа опубликована в журнале Trends in Neuroscience.
Благодаря развитию новых технологий и инструментов американским ученым удалось пролить свет на происхождение клеток-канделябров, их строение и свойства. Что же из себя представляют эти клетки? Свое название клетки-канделябры получили из-за внешнего сходства с канделябром: клетки обладают четким, сильно разветвленным аксональным деревом, которое заканчивается параллельными массивами коротких вертикальных наборов пресинаптических образований, называемых «картриджами» — аксональные терминали, окутывающие начальные сегменты пирамидальных аксонов, напоминают свечи.
Клетки-канделябры (КК) – это уникальный тип ГАМКергических (тормозных) интернейронов коры головного мозга, образующих характерные продолговатые аксо-аксональные соединения исключительно с начальными сегментами аксонов пирамидальных клеток. Подробнее узнать о строении и видах нервных клеток можно здесь.
В некоторых случаях ГАМКергическое воздействие этих канделябровидных клеток может быть и возбуждающим. Дело в том, что в коре больших полушарий существует огромное количество связей между разными видами нейронов, образующее запутанные сети, что позволяет оперативно обрабатывать и передавать информацию. При одновременной активации большого количества пирамидальных и других (возбуждающих) нейронов возникает так называемый «шум». Он замедляет проведение информации от органов чувств и другие мыслительные процессы. Канделябровидные клетки, богатые белком парвальбумином, наоборот обладают ингибирующим действием и замедляют передачу импульсов. Это способствует снижению «шума», вследствие чего сигнал «концентрируется», а когнитивные функции существенно улучшаются.
Один из первооткрывателей структуры ДНК – Френсис Крик, переквалифицировавшийся в нейробиолога во второй половине своей карьеры, выдвигал клетки-канделябры на роль интеграторов, которые управляют «простыми» нейронами коры и при необходимости «накладывают вето» на распространение между ними возбуждения.
В последние годы значительно продвинулись исследования в области биологии КК. Особенно в отношении их происхождения и миграции, дифференциации, созревания и механизмов синаптического нацеливания. В статье подробно описан каждый из этих процессов. Главный вывод таков: клетки-канделябры имеют решающее значение для регуляции функции связи в центральной нервной системе. В отличие от других нейронов, КК соединяются непосредственно с той частью нейрона, в которой «рождается» потенциал действия, а что самое удивительное – одна клетка способна иннервировать сотни соседних пирамидных нейронов. Причем каждый аксональный холмик пирамидального нейрона обычно связан с тремя-четырьмя картриджами трех-четырех клеток-канделябров.
Развитие КК идет по уникальной программе, которая отличается от других типов интернейронов, а изменения их генеза, расположения и морфологии влекут нарушения баланса возбуждения и торможения. Особенно влияет изменение количества картриджей, которые в ходе своего развития могут «обрезаться» в качестве средства устранения избыточных ветвей аксонов и несинаптических аксонных терминалей.
Этот дисбаланс возбуждения и торможения в модельных животных оказывается связан с такими тяжелыми неврологическими состояниями, как повышение двигательной активности, нарушение коммуникабельности, дисфункция рабочей памяти, и нарушение синхронности колебаний гамма-диапазона между лобной долей и гиппокампом. Ко всему прочему, существует связь между дисфункцией КК и нейроонтогенетическими расстройствами (такими, как РАС), неврологическими (эпилепсия) и нервно-психическими (шизофрения, в мышиных моделях это проявляется нарушением предимпульсного ингибирования и поведения, направленного на строительство гнезда — nest-building behavoir).
Несмотря на существенный прогресс в области исследования клеток-канделябров остается много вопросов: каковы основные функции КК в неокортексе и гиппокампе? Меняется ли их функция в процессе развития и взросления? Различны ли функционально КК в поверхностных и более глубоких слоях коры функционально? Существуют ли морфологические подтипы КК? Существуют ли другие неврологические заболевания, связанные с КК? И можно ли влиять на активность и функции КК с терапетической целью?
Знания, полученные в результате таких исследований, могут помочь выявить ключевые факторы, лежащие в основе нервно-психических недугов, тем самым вселяя надежды на новые профилактические и терапевтические стратегии.
Текст: Дарья Горская