Недавно обнаруженный механизм глиальных клеток защищает нейроны от повреждений
Нейроны могут получить всю славу, но они были бы ничем без глиальных клеток. В то время как клетки мозга выполняют тяжелую работу в нервной системе, именно глия обеспечивает питательными веществами, убирает отходы и защищает нейроны от повреждений.
Теперь ученые открыли новый механизм, с помощью которого эти важные вспомогательные игроки обнаруживают и реагируют на повреждение нейронов. Опубликованное в Nature Communications исследование описывает, как два ключевых белка позволяют глиальным клеткам активно контролировать волосовидные реснички, которые выходят из дендритов нематод , так что глиальные клетки могут реагировать на травмы и предотвращать повреждения. Результаты могут иметь значение для лечения заболеваний, вызванных дефектными ресничками, такими как поликистоз почек.
«Нашей главной целью было конкретизировать путь, по которому глия взаимодействует с дендритами», — говорит Шай Шахам, глава Лаборатории генетики развития в Рокфеллеровском университете. «Следующий важный вопрос — можно ли манипулировать этими клетками для лечения заболеваний, связанных с ресничками».
Неизведанная территория
Нейроны полагаются на аксоны и дендриты для общения; аксоны отправляют сообщения, а дендриты принимают входящие, некоторые с помощью ресничек, отходящих от их кончиков. Реснички обнаруживают запахи, свет и другие стимулы.
Ученые изучали, как глиальные клетки поддерживают форму аксонов. Но сравнительно мало исследований было посвящено изучению того, как глия защищает и поддерживает дендриты и их тонкие реснички. Зная, что изменения структуры дендритов коррелируют с обучением и памятью, и что дисфункциональные реснички лежат в основе семейства расстройств, известных как цилиопатии, Шахам и его коллеги решили заполнить этот важный пробел в знаниях.
«Мы по сути ничего не знали о взаимодействии глиальных клеток и дендритов, но они имеют такое же значение, как и аксоны», — говорит Шахам. «Что-то нужно и для приема сигналов».
Глия (светло-зеленая) реагирует на потерю дендритных ресничек (темно-розовая) накоплением избыточного внеклеточного матрикса (темно-зеленая). Кредит: Рокфеллеровский университет
Команда решила изучить глию, дендриты и реснички нематоды C. elegans, модельного организма , который ценят фундаментальные исследователи за его простую генетику и хорошо изученную биологию. Дополнительным преимуществом здесь было то, что у нематод реснички есть только на концах дендритов, что упрощает работу по наведению на то, что происходит с дендритными ресничками, когда глия отключается.
«C. elegans — мощная модель, потому что мы можем использовать ее для изучения всего: от молекул до поведения», — говорит Кэтрин Варандас, научный сотрудник в лаборатории Шахама и ведущий автор исследования. «Изучая нематод, мы можем расшифровать очень специфические взаимодействия дендритов и глии».
Поднимаемся по древу жизни
Для исследования команда использовала CRISPR для создания нематод с нарушенными ресничками или измененными глиальными реакциями, а затем отслеживала работу глии с помощью флуоресцентной микроскопии . Затем, чтобы выяснить, как глия реагирует на нормальных и ресничных нематод, они использовали секвенирование РНК для мониторинга изменений экспрессии генов и электронную микроскопию для наблюдения за структурными изменениями.
Они обнаружили, что глиальные клетки реагируют на поврежденные реснички, накапливая избыточные внеклеточные матричные белки и изменяя экспрессию генов. В частности, они обнаружили новый сигнальный путь с участием DGS-1, нейронного белка, и FIG-1, глиального белка. Эти два белка, по-видимому, имеют решающее значение для мониторинга целостности ресничек — мутации в любом из них запускают глиальные реакции даже без повреждения ресничек.
Результаты расширяют наше понимание функций глии, с потенциальными последствиями, выходящими далеко за рамки нематод. Действительно, структурные и функциональные сходства сенсорных органов у разных видов предполагают, что схожие механизмы сохранения безопасности ресничек могут существовать у млекопитающих, где глиальные клетки , как было показано, взаимодействуют с похожими дендритными структурами. Таким образом, настоящее исследование может заложить основу для изучения взаимодействий глии и дендритов у разных видов, с потенциальными последствиями для людей, страдающих цилиопатиями.
«Мы надеемся перенести эти исследования на млекопитающих», — говорит Варандас. «Органы чувств, включающие украшенные ресничками дендриты, окруженные глией, в высокой степени сохранились в ходе эволюции и имеют поразительное сходство друг с другом, что открывает захватывающее направление для будущих исследований».