Американские и немецкие ученые обнаружили у рыбы данио-рерио молекулярный механизм, отвечающий за восстановление спинного мозга после повреждения.
У млекопитающих травма спинного мозга приводит к образованию рубца из глии (вспомогательных клеток нервной системы), других клеток и внеклеточного матрикса. Аксоны нейронов при этом прерываются, и сигналы от головного мозга не проводятся ниже места повреждения. У низших организмов, таких как данио-рерио или тритонов, глиальные и другие клетки в ответ на перерыв спинного мозга пролиферируют, мигрируют и дифференцируются, формируя своеобразный мост между краями повреждения. Этот мост способствует восстановлению аксонов и, как следствие, функций спинного мозга. Какие молекулярные механизмы регулируют подобную клеточную реакцию, до сих пор известно не было.
Чтобы выяснить это, сотрудники Университета Дьюка и Института исследований сердца и легких Общества имени Макса Планка хирургически рассекали спинной мозг данио-рерио и проводили скрининг транскриптома в поисках генов, экспрессия которых повышается в ответ на повреждение.
Выяснилось, что ключевую роль в формировании клеточного моста и последующей регенерации аксонов играет CTGFa (фактор роста соединительной ткани а) — многофункциональный цитокин, влияющий на различные сигнальные пути, регулирующие процессы адгезии, миграции, пролиферации и дифференцировки клеток, формирование и ремоделирование кровеносных сосудов, костей и соединительной ткани, в том числе в ответ не повреждение.
Чтобы уточнить эффекты CTGFa, ученые получили трансгенную данио-рерио с выключенным геном этого белка. У таких рыб нарушалось формирование клеточного моста, рост аксонов и восстановление функций после травмы спинного мозга. Напротив, повышение экспрессии CTGFa стимулировало эти процессы. Такой же эффект наблюдался при введении рекомбинантного человеческого CTGF (у млекопитающих в отличие от данио-рерио нет изоформ а и b этого белка) в место повреждения нервной ткани.
Повышение экспрессии CTGFa в ответ на травму спинного ткани у данио-рерио наблюдается в течение примерно трех недель, что коррелирует с продолжительностью формирования клеточного моста. У млекопитающих, в частности крыс, повреждение спинного мозга вызывает более длительную выработку CTGF, что может быть связано с чрезмерным ростом рубцовой ткани, не допускающей роста аксонов.
Полученные результаты показывают, что CTGFa необходим и достаточен для формирования глиального моста и естественной регенерации спинного мозга, пишут авторы работы. Кроме того, они дают направление для исследований восстановления спинного мозга у млекопитающих, которые в будущем могут привести к разработке эффективных методов лечения его травм.
Результаты работы опубликованы в журнале Science, им также посвящен сопутствующий редакционный материал.
Ранее ученые разобрались в регуляции последнего этапа регенерации спинного мозга данио-рерио — роста поврежденных аксонов. Оказалось, что за него отвечает стимуляция серотониновых 5-HT1A-рецепторов.
Небольшого восстановления функций после травмы спинного мозга недавно удалось добиться у человека с помощью виртуальной реальности, нейроинтерфейса и роботизированного экзоскелета.
Определенных успехов в регенерации спинного мозга у животных достигла группа ученых, планирующих провести пересадку головы человеку. Они обрабатывали срезы полиэтиленгликолем (в том числе с графеновыми нанолентами) и проводили электростимуляцию нервных волокон. Впрочем, многие эксперты сочли эти публикации недостаточно убедительными.
Автор: Олег Лищук