Ученые из Wellcome Sanger Institute, Wellcome-MRC Кембриджского института стволовых клеток и их сотрудники по-новому взглянули на архитектуру мозга. Исследователи обнаружили, что клетки коры головного мозга мышей, называемые астроцитами, более разнообразны, чем считалось ранее, с отдельными слоями астроцитов в коре головного мозга, которые на сегодняшний день являются самым убедительным доказательством их специализации в мозге.
Самое глубокое исследование такого рода, опубликованное сегодня в журнале Nature Neuroscience, призвано изменить наше представление о мозге и роли таких клеток, как астроциты. Эти знания будут иметь значение для изучения неврологических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз и аутизм.
Исследования последних 20 лет показали, что глиальные клетки играют ключевую роль в развитии и функционировании мозга, а также являются многообещающими целями для лучшего понимания неврологических расстройств. Болезнь Альцгеймера вызывает около двух третей случаев деменции в Великобритании, от которой в настоящее время страдают около 850 000 человек. РС – это неврологическое заболевание, поражающее центральную нервную систему и затрагивающее около 100 000 человек в Великобритании. Аутизмом страдает примерно каждый сотый человек в Великобритании.
«Глиал» происходит от греческого слова «клей» или «замазка». Когда-то глиальные клетки считались «замазкой для мозга» – функционально подобными пассивными клетками, единственной функцией которых было заполнение пространства вокруг «всех важных» нейронов. Однако новые исследования показывают их критическую важность в регуляции функций нейронов ^. Астроциты – это разновидность глиальных клеток, названных так из-за их «звездообразной» структуры ^^.
Несмотря на обширные знания о функции нейронов и организации нейронов в слои, до этого исследования было мало исследований того, демонстрируют ли глиальные клетки в разных слоях разные клеточные свойства. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи разработали новый методологический подход, позволяющий получить более подробное, чем когда-либо прежде, представление об организации астроцитов.
Визуализация нуклеиновых кислот была проведена на образцах мозга мышей и человека в Кембриджском университете, чтобы отобразить, как новые гены экспрессируются в тканях. Эти карты были объединены с данными генома отдельных клеток в Институте Велкома Сэнгера, чтобы расширить молекулярное описание астроцитов. Затем эти наборы данных были объединены для создания трехмерного изображения астроцитов в коре головного мозга с высоким разрешением.
Команда обнаружила, что астроциты не являются однородными, как считалось ранее, но принимают различные молекулярные формы в зависимости от их местоположения в коре головного мозга. Они обнаружили, что астроциты также организованы в несколько слоев, но границы слоев астроцитов не идентичны слоям нейронов. Вместо этого слои астроцитов имеют менее четко очерченные края и перекрывают нейронные слои.
Доктор. Омер Байрактар, руководитель группы в Wellcome Sanger Institute, сказал: "Открытие того, что астроциты организованы в слои, которые похожи, но не идентичны нейронным слоям, переопределяют наш взгляд на структуру мозга млекопитающих. Структуру коры головного мозга уже нельзя рассматривать просто как структуру нейронов. Если вы хотите правильно понять, как работает наш мозг, вы должны рассмотреть, как организованы астроциты и какую роль они играют."
Полученные результаты не только улучшат наше понимание биологии мозга, но и будут иметь значение для изучения и лечения неврологических расстройств человека. За последнее десятилетие глиальные клетки, а не нейроны, были сильно вовлечены в такие заболевания, как болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз.
Профессор Дэвид Роуитч, старший автор исследования и глава педиатрии Кембриджского университета, сказал: "Это исследование показывает, что корковая архитектура сложнее, чем считалось ранее. Это дает основу для понимания точных ролей, которые играют астроциты, и того, как они участвуют в нейродегенеративных и нейродегенеративных заболеваниях человека."