Ученые из Медицинской школы Duke-NUS и Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура (NUS) открыли новый путь пробуждения спящих нейральных стволовых клеток, что открывает потенциальные новые методы лечения нарушений нейроразвития, таких как аутизм, трудности в обучении и детский церебральный паралич.

В мозге взрослого млекопитающего большинство нейральных стволовых клеток , которые происходят из нервной системы и могут вырасти в различные типы клеток мозга, остаются в состоянии покоя, пока не получат специфические сигналы, которые их активируют. После пробуждения они производят новые нейроны, способствуя восстановлению и росту мозга.

Дефекты активации нервных стволовых клеток связаны со снижением когнитивных способностей, связанным со старением, и нарушениями развития нервной системы , такими как микроцефалия — состояние, при котором голова ребенка намного меньше ожидаемого размера из-за того, что его мозг не развился должным образом.

Нарушения нейроразвития поражают около пяти процентов детей и подростков во всем мире и приводят к нарушению познавательных способностей, коммуникации, адаптивного поведения и психомоторных навыков.

Для изучения этой активации ученые обратились к дрозофилам или плодовым мушкам. Подобно млекопитающим, нервные стволовые клетки плодовых мушек остаются в состоянии покоя, пока их не разбудят. Их выводы, опубликованные в Science Advances , показали, что тип глиальных клеток, называемых астроцитами, — традиционно считающиеся обеспечивающими структурную и питательную поддержку — важны для пробуждения спящих нервных стволовых клеток в мозге плодовых мушек.

Используя микроскопию сверхвысокого разрешения с 10-кратным увеличением, группа ученых изучила крошечные волокнистые структуры, которые являются отличительной чертой спящих нервных стволовых клеток плодовых мушек.

Эти тонкие структуры, диаметром около 1,5 мкм (или в 20 раз меньше диаметра человеческого волоса), представляют собой выступы, отходящие от тела клетки, и богаты актиновыми или белковыми нитями . Определенный тип белка формина может активировать эти нити и заставлять их собираться.

Доктор Линь Кунь Ян, который был научным сотрудником Duke-NUS во время исследования и первым автором, сказал: «Мы решили сосредоточиться на этом пути, поскольку вариации уровней формина связаны с нарушениями нейроразвития, такими как микроцефалия у людей. Понимание этого пути может дать новые идеи для разработки решений для лечения нарушений нейроразвития».

Ученые наблюдали, что астроциты выделяют тип сигнального белка, называемого складчатой ​​гаструляцией или туманом, который запускает цепную реакцию, включающую активацию пути белка формина для управления движением актиновых нитей. В конечном итоге эти процессы выводят из состояния покоя нейральные стволовые клетки. Затем они начинают делиться, создавая новые нейроны, которые способствуют восстановлению и развитию мозга.

Затем рецепторный белок GPCR в нейральных стволовых клетках реагирует на Fog, секретируемый астроцитами, активируя сигнальный путь, который контролирует образование актиновых филаментов в нейральных стволовых клетках. GPCR играют важную роль в фундаментальных клеточных процессах.

В результате семейство белков GPCR стало основной мишенью для лекарств при лечении различных заболеваний человека: 34 процента одобренных FDA лекарств нацелены на это семейство белков. Поэтому понимание того, как этот сигнальный путь контролирует реактивацию нейральных стволовых клеток, может обеспечить потенциальную стратегию использования существующих лекарств для лечения нарушений нейроразвития.

Профессор Ван Хонгян, исполняющий обязанности директора программы исследований нейронауки и поведенческих расстройств Duke-NUS и старший автор исследования, сказал: «Наши результаты добавляют новые знания к ограниченному объему исследований механизмов, управляющих реактивацией спящих нейральных стволовых клеток. Благодаря нашему открытию астроцитов как ключевого игрока в реактивации нейральных стволовых клеток у нас теперь есть новый способ влиять на поведение нейральных стволовых клеток».

Профессор Патрик Тан, старший заместитель декана по научным исследованиям в Duke-NUS, сказал: «Это не только расширяет наше фундаментальное понимание того, как астроциты влияют на развитие клеток мозга, но и открывает новые возможности для разработки передовых методов лечения неврологических расстройств, старения мозга и травм».

В настоящее время ученые изучают другие сигналы от астроцитов, которые могут влиять на активность нейральных стволовых клеток. Они также планируют изучить, задействованы ли подобные механизмы в развитии человеческого мозга.

Данное исследование является частью постоянных усилий Duke-NUS по углублению понимания фундаментальных механизмов, действующих в человеческом мозге, для создания новых терапевтических подходов, особенно для пациентов с неврологическими заболеваниями.