Мозг содержит множество типов клеток, от известных нейронов до менее известных микроглий. Последние являются неотъемлемой частью иммунной системы мозга и играют важную роль в качестве команды по очистке мозга. Недавнее исследование, проведенное исследователями из Университетской больницы Бонна и Люксембургского центра системной биомедицины (LCSB) при Люксембургском университете в сотрудничестве с коллегами из Франции, Венгрии и Германии, подчеркивает, что микроглия устанавливает связи с нейронами посредством туннельных нанотрубок.

Исследователи заметили, что микроглия использует эти трубки для облегчения очистки нейронов от токсичных белков и для улучшения здоровья нейронов. Эти результаты, опубликованные в журнале Neuron , предполагают, что этот механизм играет ключевую роль в смягчении прогрессирования нейродегенеративных заболеваний .

Накопление патологических белков является отличительной чертой нескольких нейродегенеративных расстройств, включая болезнь Альцгеймера, лобно-височную деменцию и болезнь Паркинсона. Такие белки, как альфа-синуклеин и тау, могут аномально агрегироваться внутри нейронов, нарушая основные клеточные функции.

«Мы знали, что микроглия играет роль в очистке этих белковых агрегатов , но только недавно мы узнали, что она может образовывать туннелирующие нанотрубки — длинные отростки, которые могут соединять отдаленные клетки в мозге», — объясняет профессор Майкл Хенека, директор LCSB, руководитель группы нейровоспаления и ведущий автор статьи.

«В этом исследовании мы хотели лучше понять передачу грузов между нейронами и микроглией через эти нанотрубки и изучить последствия этого обмена для здоровья клеток».

Исследователи использовали культуры нейронов и микроглии, полученные либо из мышиных моделей, либо из человеческих стволовых клеток , и использовали передовую технологию визуализации, чтобы продемонстрировать, что микроглия устанавливает контакт с нейронами через туннельные нанотрубки (TNT), чтобы избавить их от токсичных белковых накоплений. Кроме того, микроглия переносит здоровые митохондрии в пораженные нейроны, что значительно снижает окислительный стресс, восстанавливает жизненно важные функции и в конечном итоге спасает эти нервные клетки.

Прямая трансляция туннелирования нанотрубок
Используя микроскопию изображений живых клеток, ученые наблюдали за образованием связей между нейронами и микроглией.

«Необходимы дальнейшие исследования, чтобы детально понять формирование и функцию ТНТ, но было очень интересно наблюдать, как микроглия играет активную роль в поддержании здоровья нейронов и поддержке нейронов в трудные времена», — говорит доктор Ханна Шайблих, первый автор статьи, которая работала с профессором Хенекой в ​​Университетской клинике Бонна и Немецком центре нейродегенеративных заболеваний.

Микроглия спасает нейроны посредством удаления белка и донорства митохондрий
В совместных культурах нейронов и микроглии группа также наблюдала, что при накоплении токсичных белков внутри нейронов количество ТНТ, соединяющих два типа клеток, увеличивалось, и что эти нанотрубки содержали альфа-синуклеин и тау-частицы.

Патологические белки были перенесены из нейронов в микроглию, а не наоборот, где они деградировали с течением времени. Результаты не только показали, что микроглия может эффективно избавить нейроны от токсичных белковых нагрузок, но и что она также переносит митохондрии к пораженным нейронам через те же самые ТНТ.

Митохондрии являются важным компонентом клеток, и когда они не функционируют должным образом, это может привести к дефициту энергии и окислительному стрессу . Как альфа-синуклеин, так и тау могут нарушать митохондриальную активность, способствуя дисфункции и гибели нейронов при нейродегенеративных заболеваниях. Примечательно, что когда микроглия перенесла здоровые митохондрии в пораженные нейроны, ученые заметили, что она восстановила выработку энергии и снизила окислительное повреждение, эффективно сохраняя функционирование и выживание нейронов.

В целом эти результаты свидетельствуют о том, что микроглиальные ТНТ, очищая нейроны от белковых агрегатов и перемещая функциональные митохондрии, напрямую поддерживают здоровье нейронов и могут смягчить прогрессирование нейродегенерации.

Изучение влияния генетических мутаций
Затем исследователи изучили, влияют ли известные генетические мутации, связанные с нейродегенеративными заболеваниями, на формирование туннельных нанотрубок и механизмов спасения на основе TNT. Они заметили, что мутации в генах LRRK2 и Trem2, соответственно связанных с болезнью Паркинсона и лобно-височной деменцией, либо снижают удаление агрегатов, либо нарушают доставку функциональных митохондрий. Кроме того, изменения, связанные с болезнью Паркинсона в гене Rac1, также могут влиять на формирование и функциональность TNT.

Эти результаты указывают на новые пути, посредством которых известные генетические мутации могут способствовать нейродегенеративным заболеваниям. Нарушая нейропротекторные механизмы, опосредованные TNT, эти генетические варианты не позволяют микроглии эффективно поддерживать нейроны . Нацеливание на эти гены может обеспечить путь для усиления образования TNT и активации передачи через эти нанотрубки, что, в свою очередь, может помочь смягчить прогрессирование некоторых нейродегенеративных заболеваний.

Международное сотрудничество для многообещающих результатов
Эта исследовательская работа проводилась с несколькими ключевыми сотрудниками, включая доктора Даниэле Бано, профессора Донато Ди Монте и профессора Эйке Латца из Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний, доктора Адама Денеша из Института экспериментальной медицины в Будапеште, доктора Рональда Мелки из Института биологии Франсуа Жакоба в Париже и профессора Ханса-Кристиана Папе из Мюнстерского университета. Благодаря этой командной работе и совместно созданному набору данных результаты открывают многообещающие пути, когда дело доходит до понимания мозга и связанных с ним заболеваний.

«Это исследование не только углубило наше понимание межклеточной коммуникации посредством туннелирования нанотрубок», — заключает профессор Майкл Хенека. «Оно поставило под сомнение общепринятый взгляд на микроглию как на фактор, способствующий нейровоспалению, выделило новый нейропротекторный механизм и предложило идеи потенциальных терапевтических стратегий для нейродегенеративных состояний, связанных с патологией альфа-синуклеина и тау».