Исследователи показали на мышах, как иммунные клетки в мозге нацелены и удаляют неиспользуемые связи между клетками мозга во время нормального развития. Это исследование, поддержанное Национальным институтом здоровья, проливает свет на то, как активность мозга влияет на развитие мозга, и подчеркивает недавно обнаруженную важность иммунной системы в том, как мозг устроен, а также то, как мозг формирует новые связи на протяжении всей жизни человека. ответ на изменение.
Клетки мозга, борющиеся с болезнями, известные как микроглия, могут сокращать миллиарды крошечных связей (или синапсов) между нейронами, клетками мозга, которые передают информацию посредством электрических и химических сигналов. Это новое исследование демонстрирует, что микроглия реагирует на активность нейронов, выбирая синапсы для обрезки, и показывает, как это обрезание зависит от пути иммунного ответа. система комплемента ?? для устранения синапсов таким образом, чтобы уничтожались бактериальные клетки или другой патогенный мусор. Исследование провела Бет Стивенс, доктор философии.D., доцент неврологии Бостонской детской больницы и Гарвардской медицинской школы.
Мозг состоит из гораздо большего количества синапсов, чем он сохраняет в зрелом возрасте. По мере развития мозг претерпевает динамические изменения, чтобы усовершенствовать свою схему, отсекая синаптические связи, которые не имеют большой активности, и сохраняя более сильные и активные синапсы. Этот период, известный как синаптическая обрезка, является ключевой частью нормального развития мозга.
Ученые не имеют четкого представления о том, как эти синапсы выбираются, нацелены и затем сокращаются. Однако точное удаление неиспользуемых синапсов и усиление наиболее необходимых синапсов имеет важное значение для нормальной работы мозга. Считается, что многие детские расстройства, такие как амблиопия (потеря зрения на один глаз, которая может возникнуть при смещении глаз), различные формы умственной отсталости, эпилепсия и аутизм, являются следствием аномального развития мозга.
Микроглия возникает в костном мозге и переходит в активированное состояние, чтобы защитить организм от инфекций. Активированная микроглия также обнаруживается при других болезненных состояниях, от инсульта до болезни Альцгеймера. Однако не всегда ясно, вызывают ли эти клетки дегенерацию клеток мозга или они являются частью процесса восстановления мозга. В последние годы несколько исследовательских групп сообщили, что активированная микроглия также присутствует в нормальном мозге. Кроме того, во время наиболее устойчивых периодов сокращения синапсов увеличивается количество активированных микроглий, которые присутствуют и сгруппированы вокруг синапсов.
Как сообщалось в выпуске Neuron от 24 мая, ученые Dr. Лаборатория Стивенса использовала зрительную систему у мышей для изучения синаптического отсечения, модели, которая претерпевает серьезные изменения и ремоделирование во время разработки и имеет четко определенную схему, которой легко манипулировать. Исследователи пометили нейроны, которые проецируются из глаза в область мозга, называемую латеральным коленчатым ядром, или LGN, и обнаружили, что реактивная микроглия содержит части синапсов от меченых нейронов. Они также увидели, что эти помеченные кусочки синаптического материала были специально обнаружены внутри лизосом микроглии. отсеки, отвечающие за переваривание инородных частиц.
Затем исследователи исследовали, определяет ли активность нейронов в синапсе, нацелена ли микроглия на его удаление. Они использовали лекарство для увеличения активности нейронов, выходящих из одного глаза, и наблюдали меньшее сокращение синапсов в соответствующей области мозга по сравнению с необработанным глазом. Когда они использовали лекарство для снижения активности, это приводило к большей обрезке по сравнению с необработанным глазом. Исследователи считают, что микроглия выбирает синапс для удаления в зависимости от уровня активности синапса. Это может иметь прямое отношение к амблиопии, потере зрения на один глаз, которая может произойти, если глаза смещены. Дети с амблиопией предпочитают использовать один глаз, и зрение на менее используемом глазу ухудшается из-за потери синапсов и клеток в LGN.
Более ранние исследования показали, что белки, участвующие в системе комплемента, обнаруживаются рядом с синапсами во время развития и необходимы для обрезки. Чтобы увидеть, используются ли эти же белки микроглией для формирования нейронных связей, исследователи разрушили белки пути комплемента, которые обнаруживаются только в иммунных клетках мозга. Их результаты показывают, что эти белки комплемента сигнализируют микроглии об обрезании синапсов, и предполагают, что пути иммунной системы являются ключом к правильному сокращению синапсов.
"Трудно доказать концепцию, согласно которой микроглия сокращает синапсы, используя пути иммунной системы," сказал Эдмунд Талли, доктор философии.D., программный директор Национального института неврологических расстройств и инсульта, "Это чрезвычайно тщательное и тщательное исследование подтверждает роль микроглии в развитии мозга, его пластичности и обучении."
Доктор. Стивенс сказал, что исследование проливает свет на роль микроглии в нормальном мозге и поддерживает дальнейшие исследования роли микроглии в заболеваниях мозга. "Почти каждое нейродегенеративное заболевание головного мозга включает несколько интересных общих знаменателей," она сказала. "Становится все более очевидным, что ранняя потеря синапсов является признаком многих нейродегенеративных заболеваний."