Когда мы думаем о мозге, мы часто думаем об удивительных вещах, на которые он способен – от придумывания диких снов до овладения иностранными языками. В то же время мы также можем думать о разрушительных неврологических заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз (БАС), которые возникают при поражении различных частей мозга. В основе этих процессов и заболеваний лежат группы клеток, неразрывно связанных друг с другом и постоянно взаимодействующих, как большая социальная сеть. Их цель – информировать друг друга о состоянии нашего мозга, нашего тела и окружающей среды. Исторически сложилось так, что большинство исследований в области нейробиологии было сосредоточено на нейронах, однако в мозгу есть и другие важные типы клеток. К ним относятся астроциты – клетки, которые, как известно, поддерживают нейроны и их окружение, олигодендроциты – клетки, которые миелинизируют нейроны и ускоряют передачу сигналов между ними, процесс, который идет наперекосяк при рассеянном склерозе, и микроглия, которая действует как иммунная клетка мозга. , убирая мусор и обеспечивая локальное наблюдение в нервной системе. Хотя эти типы клеток обычно рассматривались как поддерживающие клетки, вторичные по отношению к нейронам мозга, исследования последнего десятилетия начали проливать новый свет на эти недооцененные элементы, предполагая, что эти другие клетки участвуют во множестве сложных важных процессов. для правильной работы мозга.
Астроциты в синапсе
Хотя на протяжении большей части своей истории они считались строго поддерживающими нейроны, обеспечивая структуру, подобную каркасу, и помогая метаболизму внеклеточных веществ, роль астроцитов оказывается намного шире и сложнее. Во-первых, астроциты неразрывно связаны со связями между нейронами, называемыми синапсами. В синапсах нейроны могут связываться друг с другом посредством высвобождения пакетов химических веществ, известных как нейротрансмиттеры, по существу интегрируя и обрабатывая информацию и позволяя мозгу выполнять свои второстепенные или второстепенные функции. Теперь мы знаем, что астроциты также могут участвовать в этом общении напрямую через собственное высвобождение нейротрансмиттеров, которые могут воздействовать на нейроны в данном синапсе. Они также могут поглощать эти нейротрансмиттеры и метаболизировать их. Специфическое расположение астроцитов вблизи синаптических контактов в сочетании с их способностью выделять нейротрансмиттеры означает, что эти клетки идеально расположены для "подслушивать" разговоры между нейронами и предоставляют свой собственный ввод, изменяя разговор, если необходимо.
Существуют убедительные доказательства такой роли астроцитов. В статье, опубликованной в 2012 году, показано, что астроциты играют важную роль в определенном типе пластичности мозга, известном как "синаптическая пластичность, зависящая от времени спайка". В частности, было показано, что астроциты способны воспринимать определенные сигналы от нейронов в синапсе, а затем, за счет увеличения содержания кальция в самом астроците, высвобождать нейротрансмиттер обратно в один из нейронов и контролировать количество передатчика, которое этот нейрон выделяет в синапсе. будущее. Мы можем думать об этом процессе как о разговоре, в котором астроцит действует как общий друг, модерирующий разговор между двумя спорящими друзьями (двумя нейронами в синапсе). Таким образом астроцит может контролировать разговор, смягчая его или, возможно, даже провоцируя спор. Пластичность, термин, используемый для описания изменений силы связей между нейронами, является важным процессом в мозге и, как считается, способствует обучению и памяти. Следовательно, астроциты, вероятно, играют важную роль в этих процессах. В подтверждение этого в другом недавнем исследовании были привиты предшественники глии человека новорожденным мышам. Эта трансплантация привела к лучшей пластичности и улучшению обучения этих животных, предполагая, что повышенная сложность человеческих астроцитов может способствовать более совершенной обработке информации.
Статья 2016 года, опубликованная в PLOS ONE, также была направлена на изучение участия астроцитов в обучении и памяти, хотя в этом исследовании использовался более косвенный подход. В исследовании Tadi et al. изучал уровни мРНК молекул, связанных с метаболическим взаимодействием между астроцитами и нейронами, а также молекул, связанных с биохимическими процессами астроцитов. Изучая обучение и память у мышей с помощью парадигмы лабиринта, авторы измерили уровни этих предварительно выбранных молекул в гиппокампе этих животных, области мозга, связанной с обучением, памятью и пространственной навигацией. Авторы обнаружили, что после обучения произошла активация генов, связанных с взаимодействием нейронов и астроцитов. Эти данные свидетельствуют о том, что метаболическая связь между нейронами и астроцитами важна для обучения и памяти.
Миелинизация, зависящая от активности
Олигодендроциты – это клетки, которые образуют жировые оболочки, покрывающие аксоны нейронов, проходящих через мозг. Эти оболочки отвечают за изоляцию аксона и ускорение передачи сигналов по нейронным процессам точно так же, как изоляция окружает провода, связанные с электрическими приборами в наших домах. Каждый отдельный олигодендроцит может иметь большое количество отростков, отходящих от тела клетки, каждый из которых способен образовывать миелиновую оболочку. Таким образом, один олигодендроцит способен поставлять миелин множеству нейронов. Более того, эти клетки в изобилии присутствуют в белом веществе мозга, лежащей в основе нервной ткани, заполненной тем, что по существу пересекает магистрали аксонов, идущих в мозг и из него. Кроме того, олигодендроциты и миелин важны для выживания нейронов. Потеря миелина может в конечном итоге привести к смерти и потере аксонов в головном мозге, нарушая связь между различными областями мозга. Подобно ситуации между астроцитами и нейронами, теперь известно, что олигодендроциты и нейроны также метаболически связаны, что позволяет этим клеткам обмениваться материалами, такими как лактат, и использовать его для производства АТФ. Такая роль выходит далеко за рамки первоначальных представлений о функции олигодендроцитов.
Клетки-предшественники олигодендроцитов (OPC), незрелые версии олигодендроцитов, также способны к "слушать" о разговорах между нейронами, измеряя их активность. Участие OPC в этой коммуникации может помочь им оставаться готовыми к созреванию в миелинизирующие олигодендроциты и формировать оболочки вокруг нейронов в зависимости от активности. Это означает, что если активность между нейронами увеличивается, олигодендроциты могут миелинизировать эти нейроны, улучшая передачу сигналов между ними. Есть также свидетельства того, что олигодендроциты участвуют в диалоге между нейронами. В статье PLOS ONE, опубликованной в мае 2015 года, предполагается, что OPC способны производить "нейромодулирующие факторы". Доказательства этого получены при изучении уровней экспрессии нейромодулирующих белков простагландин D2-синтазы и пентраксина 2.
Синаптическая обрезка
Клетки микроглии – еще один интересный тип клеток, связанный с центральной нервной системой. Традиционно связанные с наблюдением за иммунной системой, а также за гомеостатические процессы, такие как поглощение частиц отходов и другого мусора, другие роли этих клеток также были дополнительно исследованы в последнее десятилетие. Новая роль микроглии начинает проявляться.
На ранних этапах развития мозга нейроны образуют изобилие связей или синапсов – сценарий, который может действовать как своего рода "все возможно" электрическая схема мозга. Это большое количество синапсов может способствовать способности адаптироваться к неожиданным условиям и обстоятельствам, в которых мы можем родиться. По мере того, как наш мозг начинает развиваться, принимая новую информацию из нашего окружения, было показано, что эта чрезмерная связь "обрезанный". Исследования, проведенные за последние два десятилетия, показали, что микроглия очень активна / подвижна в областях мозга, испытывающих такие нарушения "обрезка", также известный как "синаптическая обрезка". Более того, микроглия также контактирует с синапсами, особенно с теми, которые имеют уменьшенный размер, что свидетельствует об активном процессе удаления синапсов.
Будущее глии
Очевидно, что научное понимание функции глиальных клеток радикально меняется. Результаты, изложенные в этом посте, в сочетании с сотнями творческих работ, описывающих новые сложные роли астроцитов, олигодендроцитов и микроглии, рисуют картину, в которой перекрестные помехи нейронов постоянно находятся под влиянием других типов клеток. Эта картина дает понять, что детальное понимание пластичности и нейронной обработки информации будет сложной задачей. Как мы сможем различить роль каждой клетки, особенно когда все они играют одинаковую роль в коммуникации между нейронами?? В любом случае, эта новая эра биологии глиальных клеток – захватывающая, полная возможностей для открытий.