Когда нейроны, участвующие в движении, называемые мотонейронами, формируются, они должны образовывать соединения, идущие от головного мозга, ствола мозга или спинного мозга к голове, рукам или кончикам пальцев ног. Как нейроны ориентируются в этих системах и «решают», где и как им расти, во многом остается загадкой.
Теперь новое совместное исследование ученых из Института Солка и их коллег из Научного института Сан-Раффаэле в Италии показывает, как гены кровеносных сосудов играют решающую роль в развитии двигательных нейронов, направляя кровеносные сосуды в сторону.
Результаты, опубликованные 7 октября 2022 г. в журнале нейрон, обеспечивают новое понимание того, как «тяни-толкай» взаимосвязь с кровеносными сосудами, при которой растущие нейроны тянут кровеносные сосуды к себе, одновременно раздвигая их, направляет рост и развитие моторных нейронов и, возможно, самых разных типов клеток во всем мире. тело. Это открытие также имеет значение для понимания заболеваний, при которых разрушаются связи двигательных нейронов, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) или спинальная мышечная атрофия (СМА).
«Это открытие раскрывает ряд молекулярных и клеточных взаимодействий, которые раньше не понимались», — говорит соавтор Сэмюэл Пфафф, профессор Лаборатории экспрессии генов и заведующий кафедрой Бенджамина Х. Льюиса в Солке. «Наше открытие того, как эти гены регулируют рост кровеносных сосудов и развитие нейронов, имеет значение, которое варьируется от понимания того, как формируются другие цепи мозга, до понимания того, как раковые клетки взаимодействуют с окружающей средой. »
Связи двигательных нейронов формируются во время внутриутробного развития. Этот процесс соединения нервной системы чрезвычайно точен: клетки образуют миллиарды соединений, которые распространяются по всему телу. И все же генетический процесс, направляющий это развитие, до сих пор плохо изучен.
Предыдущие исследования были сосредоточены на роли конкретных генов, непосредственно связанных с двигательными нейронами и их ростом. Но для этого исследования ученые использовали более комплексный подход, рассматривая гены как внутри, так и вне нервной системы.
Исследователи рандомизировали генетические мутации у мышей и внимательно изучили развивающиеся двигательные нейроны животных. К своему удивлению, они обнаружили, что мыши, двигательные нейроны которых не развивались должным образом, имели мутации, которые затрагивали не нервную систему, а сосудистую систему, в которую входят кровеносные сосуды.
У здоровых мышей двигательные нейроны могут расти из спинного мозга и проходить через окружающие ткани, достигая отдаленных групп мышц. Однако ученые заметили, что у мышей с сосудистыми мутациями моторные нейроны застревали за барьером кровеносных сосудов. Они обнаружили, что мутация повлияла на способность кровеносных сосудов обнаруживать приближающиеся нейроны и удаляться.
«Происходит столкновение между растущими аксонами и сосудистыми клетками», — говорит соавтор Дарио Бонаноми, руководитель группы молекулярной нейробиологии в Научном институте Сан-Раффаэле в Милане, Италия, ранее работавший в Солке. «Когда вы удаляете этот рецептор от клеток кровеносных сосудов, двигательные аксоны сталкиваются с кровеносными сосудами, и их продвижение к мышцам нарушается и блокируется. »
Открытие проливает свет на тонкий танец развивающихся нейронов, которые должны притягивать кровеносные сосуды, чтобы подпитывать их рост, и отталкивать их с пути. Актуально рассмотреть препятствия, которые необходимо преодолеть при разработке «заместительной терапии» двигательных нейронов с использованием стволовых клеток, потенциального лечения заболеваний, при которых происходит дегенерация двигательных нейронов, включая БАС и СМА.
В будущем ученые планируют изучить «перекрестные помехи» между нервами и кровеносными сосудами в других условиях, а также то, как нервная и сосудистая системы реагируют на инсульты, травмы головного мозга и такие дегенеративные заболевания, как БАС и СМА.
Среди других авторов были Нил Д. Амин из Солка; Луис Ф. Мартинс, Илария Брамбилла, Алессия Мотта, Стефано де Претис, Ганеш Парамешвар Бхат, Аврора Бадалони и Кьяра Мальпиги из Научного института Сан-Раффаэле в Италии; Фумиясу Имаи и Ютака Йошида из Беркского неврологического института в Нью-Йорке; и Рамиро Д. Алмейда из Университета Коимбры в Португалии.
Эта работа финансировалась Европейским исследовательским советом (грант 335590), премией Фонда Джованни Арменизе-Гарварда за развитие карьеры, премией исследователя Медицинского института Говарда Хьюза, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (RO1 NS123160-01), Фондом Сола Голдмана. Благотворительный фонд и профессорство Бенджамина Х. Льюиса в области неврологии.
