Рыбы данио-рерио являются представителями редкой группы позвоночных, способных полностью восстанавливать поврежденный спинной мозг. Четкое понимание того, как происходит эта регенерация, может дать подсказки относительно стратегий лечения травм спинного мозга у людей. Такие травмы могут быть разрушительными, вызывая постоянную потерю чувствительности и движения.
Новое исследование, проведенное в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе, представляет собой подробный атлас всех клеток, участвующих в регенерации спинного мозга данио-рерио, и того, как они работают вместе. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
В неожиданном открытии исследователи показали, что выживание и приспособляемость самих отрезанных нейронов необходимы для полной регенерации спинного мозга. Удивительно, но исследование показало, что стволовые клетки, способные формировать новые нейроны — и обычно считающиеся центральными для регенерации — играют дополнительную роль, но не возглавляют процесс.
В отличие от травм спинного мозга у людей и других млекопитающих, при которых поврежденные нейроны всегда погибают, поврежденные нейроны данио-рерио кардинально изменяют свои клеточные функции в ответ на травму, сначала для того, чтобы выжить, а затем взять на себя новые и центральные роли в организации точных событий, которые управляют заживлением, обнаружили исследователи. Ученые знали, что нейроны данио-рерио выживают после травм спинного мозга, и это новое исследование показывает, как они это делают.
«Мы обнаружили, что большинство, если не все, аспекты восстановления нейронов, которых мы пытаемся добиться у людей, естественным образом наблюдаются у данио-рерио», — говорит старший автор исследования Майсса Мокаллед. «Удивительное наблюдение, которое мы сделали, заключается в том, что сразу после травмы запускаются мощные механизмы нейронной защиты и восстановления. Мы считаем, что эти защитные механизмы позволяют нейронам пережить травму, а затем приобрести своего рода спонтанную пластичность — или гибкость в своих функциях — что дает рыбе время для регенерации новых нейронов и достижения полного восстановления. Наше исследование выявило генетические мишени, которые помогут нам стимулировать этот тип пластичности в клетках людей и других млекопитающих».
Картографируя эволюционные роли различных типов клеток, участвующих в регенерации, Мокаллед и ее коллеги обнаружили, что гибкость выживших поврежденных нейронов и их способность немедленно перепрограммироваться после травмы возглавляют цепочку событий, необходимых для регенерации спинного мозга.
Если эти выжившие после травм нейроны будут отключены, у данио-рерио не восстановится нормальная способность плавать, даже если регенеративные стволовые клетки сохранятся.
Когда у людей и других млекопитающих длинные проводящие пути спинного мозга раздавливаются или разрываются, запускается цепочка токсических событий, которые убивают нейроны и делают среду спинного мозга неблагоприятной для механизмов восстановления.
Эта нейрональная токсичность может дать некоторое объяснение неудачам попыток использовать стволовые клетки для лечения травм спинного мозга у людей. Вместо того, чтобы сосредоточиться на регенерации с помощью стволовых клеток, новое исследование предполагает, что любой успешный метод лечения травм спинного мозга у людей должен начинаться со спасения поврежденных нейронов от смерти.
«Нейроны сами по себе, без связей с другими клетками, не выживают», — говорит Мокаллед. «Мы считаем, что у рыбок данио-рерио отрезанные нейроны могут преодолеть стресс от травмы, поскольку их гибкость помогает им устанавливать новые локальные связи сразу после травмы. Наши исследования показывают, что это временный механизм, который выигрывает время, защищая нейроны от гибели и позволяя системе сохранять нейронные цепи при построении и регенерации основного спинного мозга».
По словам исследователей, есть некоторые доказательства того, что эта способность присутствует, но не активна в нейронах млекопитающих, поэтому это может стать путем к созданию новых методов лечения.
«Мы надеемся, что выявление генов, которые управляют этим защитным процессом у рыбок данио-рерио, версии которых также присутствуют в геноме человека, поможет нам найти способы защиты нейронов у людей от волн гибели клеток, которые мы наблюдаем после травм спинного мозга», — объясняет Мокаллед.
Хотя это исследование сосредоточено на нейронах, Мокаллед отмечает, что регенерация спинного мозга — чрезвычайно сложный процесс, и в будущем ее команда будет работать над новым атласом клеток, чтобы понять вклад других типов клеток в регенерацию спинного мозга, включая ненейрональные клетки, называемые глией, в центральной нервной системе, а также клетки иммунной системы и сосудистой сети.
Они также продолжают исследования, сравнивающие результаты, полученные на данио-рерио , с тем, что происходит в клетках млекопитающих, включая нервную ткань мышей и человека.
