Британские и немецкие ученые уточнили механизм восстановления спинного мозга рыбы данио-рерио после его повреждения.
Оказалось, что в этом процессе важную роль играет канонический сигнальный путь Wnt и синтез коллагена XII. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
После травмы спинного мозга в месте повреждения быстро формируется сложный соединительнотканный внеклеточный матрикс. У большинства позвоночных, включая всех млекопитающих, этот матрикс препятствует регенерации нервных волокон. В отличие от них, матрикс данио-рерио, а также некоторых других рыб и саламандр, создает благоприятную среду для прорастания аксонов, что обеспечивает восстановление спинного мозга и, как следствие, двигательных функций. Ранее было показано, что за процесс формирования клеточного моста отвечает CTGFa (фактор роста соединительной ткани а), а рост поврежденных аксонов регулируется серотониновыми рецепторами 5-HT1A, однако другие биохимические механизмы регенерации изучены не были.
Чтобы разобраться в этих механизмах, сотрудники Эдинбургского, Дрезденского технического и Ульмского университетов проследили за восстановлением поврежденных аксонов спинного мозга у личинок и взрослых особей данио-рерио с помощью иммуногистохимических методов и использованием трансгенных организмов, отростки нейронов и глии которых экспрессировали флуоресцирующие белки разных цветов.
Выяснилось, что уже через сутки после травмы в спинном мозге рыб начинали формироваться аксональные мосты (глиальные отростки появлялись позже), что сопровождалось постепенным восстановлением двигательных функций. При этом аксоны регенерировали в тесной взаимосвязи с внеклеточным матриксом, что свидетельствует о его важности для этого процесса.
Дальнейшие наблюдения показали, что в месте повреждения спинного мозга активируется канонический (зависимый от бета-катенина) внутриклеточный сигнальный путь Wnt, который регулирует эмбриональное развитие, дифференцировку клеток и принимает участие в развитии злокачественных опухолей. Активация этого пути наблюдалась преимущественно в фибробластоподобных клетках матрикса, но не в нервной ткани, что не было описано ранее. Искусственное подавление активации Wnt в клетках матрикса препятствовало эффективной регенерации нервных волокон, в нервной ткани активность этого сигнального пути существенной роли не играла.
Анализ экспрессии генов, кодирующих фибронектины и цепи коллагена (основные компоненты внеклеточного матрикса), показал, что активация пути Wnt/бета-катенина приводит к продукции фибробластоподобными клетками коллагена XII и его накоплению в месте повреждения. При этом рост восстанавливающихся аксонов происходил вдоль сформированных в матриксе продольных волокон коллагена XII. Подавление синтеза этой формы коллагена препятствовало восстановлению спинного мозга, а повышение ее экспрессии в обход сигнального пути Wnt/бета-катенина оказалось достаточным для регенерации аксонов. Таким образом, основным эффектом активации Wnt, отвечающим за восстановление спинного мозга, оказалась именно продукция коллагена XII.
В последующих экспериментах исследователи намерены проверить, поможет ли включение сигнального пути Wnt/бета-катенина и стимуляция синтеза коллагена XII восстановить поврежденные аксоны спинного мозга у других животных.
Небольшого, но заметного восстановления функций после травмы спинного мозга недавно удалось добиться у человека с помощью виртуальной реальности, нейроинтерфейса и роботизированного экзоскелета, однако говорить о серьезном прорыве в этой области пока не приходится.
Автор: Олег Лищук