Астроциты – наиболее распространенный тип клеток в центральной нервной системе (ЦНС), но они остаются плохо охарактеризованными. Исследователи давно предполагали, что основная функция астроцитов – обеспечивать питательными веществами и поддерживать нервные клетки мозга, которые исследуются более тщательно; Однако с годами появляется все больше доказательств того, что астроциты также могут активно способствовать нейродегенерации, воспалениям и неврологическим заболеваниям. Теперь команда исследователей из Бригама и женской больницы показала, что конкретная субпопуляция астроцитов может делать противоположное, вместо этого выполняя защитную, противовоспалительную функцию в головном мозге на основе сигналов, регулируемых бактериями, которые обитают в кишка. Результаты о новом противовоспалительном пути опубликованы в журнале Nature.
"За прошедшие годы многие лаборатории, в том числе моя, определили важную роль астроцитов в развитии неврологических заболеваний," сказал автор-корреспондент Франсиско Кинтана, доктор философии.D., Центра неврологических заболеваний Энн Ромни в Бригаме. "Это первый случай, когда мы показываем, что по крайней мере часть этих клеток (астроцитов) может предотвратить воспаление. Причина, по которой мы не видели этого раньше, заключалась в том, что мы изучали эти клетки, как если бы они были однородными или одним типом клеток. Но теперь у нас есть разрешение, чтобы увидеть различия между этими ячейками."
Исследователи использовали усовершенствованные инструменты анализа генов и белков, чтобы идентифицировать новую подгруппу астроцитов. Популяция астроцитов находится недалеко от мозговых оболочек (мембраны, окружающей мозг) и экспрессирует белок LAMP1 вместе с белком TRAIL, который может вызывать гибель других клеток. Эти функции помогают астроцитам LAMP1 + TRAIL + ограничивать воспаление ЦНС, вызывая гибель Т-клеток, которые способствуют воспалению.
Чтобы определить, какой механизм контролирует астроциты LAMP1 + TRAIL + в головном мозге, исследователи провели серию тестов с помощью инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9. Они обнаружили, что определенная сигнальная молекула, называемая гамма-интерфероном, регулирует экспрессию TRAIL. Более того, они обнаружили, что микробиом кишечника индуцирует экспрессию гамма-интерферона в клетках, которые циркулируют по телу и в конечном итоге достигают мозговых оболочек, где они могут способствовать противовоспалительной активности астроцитов.
Понимание механизмов, управляющих противовоспалительными функциями астроцитов LAMP1 + TRAIL +, может позволить исследователям разработать терапевтические подходы к борьбе с неврологическими заболеваниями, такими как рассеянный склероз. Например, они изучают кандидаты в пробиотики, которые можно использовать для регулирования противовоспалительной активности астроцитов. Кроме того, последние данные исследовательской группы указывают на то, что некоторые опухоли головного мозга используют этот путь, чтобы избежать иммунного ответа организма. Поэтому исследователи разрабатывают иммунотерапию рака, чтобы противостоять атакам опухолей.
"Обнаружение контролируемых микробиомом противовоспалительных подгрупп астроцитов – важный шаг в нашем понимании воспаления ЦНС и его регуляции," Кинтана сказал. "Это очень новый механизм, с помощью которого кишечник контролирует воспаление в головном мозге. Он направляет новые методы лечения неврологических заболеваний, и мы считаем, что этот механизм может способствовать патогенезу опухолей головного мозга."
Лаборатория Кинтаны определила единственную другую подгруппу астроцитов, которая, как известно, регулируется микробиомом кишечника, в 2016 году, но исследователи полагают, что, вероятно, есть и другие. "Становится очевидным, что кишечная флора играет важную роль при многих заболеваниях," он сказал. "Нам повезло, что мы возглавляем работу по выявлению различных подмножеств астроцитов и механизмов, которые их контролируют. У нас есть список других популяций астроцитов, и мы работаем, чтобы посмотреть, как кишечная флора может их контролировать."