Мозг – чрезвычайно сложный орган. Понимание того, как миллиарды клеток мозга устанавливают точные связи, является серьезной проблемой для нейробиологов. Профессор Йорис де Вит и его команда (VIB-KU Leuven) раскрыли молекулярный код, который определяет форму, расположение и функцию связей между отдельными нейронами. Эти результаты могут помочь исследователям лучше понять расстройства мозга, такие как аутизм и шизофрения.
Человеческий мозг содержит миллиарды нейронов, которые образуют узкоспециализированные и сложные сети, регулирующие мысли, эмоции, память и движения мышц. Сигналы передаются по этим сетям от одного нейрона к другому в обозначенных точках контакта, называемых синапсами.
Для того, чтобы связать такое количество нейронов организованным и осмысленным образом, очень важно, чтобы формирование синапсов строго регулировалось. Профессор Йорис де Вит (VIB-KU Leuven) хочет знать, как, когда и где возникают эти сигнальные соединения: "Как нейроны распознают своих подходящих партнеров? Как они узнают, какой синапс должен быть где? Это очень простые вопросы, подчеркивающие, сколько нам еще нужно узнать о мозге."
Молекулы адгезии
Команда Де Вита искала ответы, изучая молекулы адгезии. Эти молекулы можно найти на поверхности клетки, где они физически соединяют нейроны друг с другом. Нейроны экспрессируют большие и разнообразные наборы молекул адгезии, но непонятно, зачем им нужно так много разных молекул адгезии.
Поэтому команда намеревалась изучить, как набор из трех разных молекул адгезии, присутствующих в одних и тех же нейронах гиппокампа (область нашего мозга, отвечающая за память), регулирует нейронные связи.
"Сначала мы очень подробно проанализировали распределение этих молекул адгезии, поскольку нейроны гиппокампа, которые мы изучаем, образуют множество различных синапсов с другими клетками мозга," объясняет Анна Шредер, одна из исследователей лаборатории де Вита. "С помощью наших экспертов по визуализации мы использовали комбинацию световой и электронной микроскопии для изучения архитектуры различных синапсов. Мы также использовали электрофизиологию для исследования изменений синаптической функции."
Штрих-код в синапсе
Ученые обнаружили, что, хотя одна из молекул адгезии контролирует количество соединений, две другие вместо этого влияют на передачу сигнала – одна положительно, а другая отрицательно. В сочетании три молекулы адгезии точно определяют, как синапсы выглядят и функционируют.
"Думайте об этом как о почтовом индексе или штрих-коде для клеток мозга," объясняет Шредер. "Молекулы адгезии представляют собой цифры с определенной функцией, но в сочетании они определяют более сложный паттерн, который формирует связь между двумя нейронами. Другими словами, они определяют идентичность этой связи."
Таким образом, множество различных молекул адгезии, обнаруженных в нейронах головного мозга, позволяют точно настраивать различные соединения, которые они создают.
Связи и болезни мозга
Все три исследуемые молекулы адгезии были связаны с нарушениями развития нервной системы и психоневрологическими расстройствами, такими как аутизм и шизофрения. Таким образом, понимание их роли в соединении мозга имеет жизненно важное значение, – говорит де Вит:
"Теперь, когда мы понимаем, что эти адгезионные молекулы не только формируют количество, но также архитектуру и функцию синапсов, это может привести к лучшему пониманию того, как связанные с заболеванием мутации в генах, которые кодируют эти молекулы, влияют на связь и функцию цепей."