Исследовательская группа под руководством Майкла Фокса, профессора Института биомедицинских исследований Фралина при VTC, определила тип клетки мозга, которая производит коллаген 19, белок, который имеет решающее значение для образования тормозных цепей в мозге.
Исследование, опубликованное в Journal of Neuroscience, описывает ранее неизвестный молекулярный механизм, лежащий в основе здорового развития мозга.
Это открытие может однажды помочь ученым заложить основу для разработки новых лекарств, которые способствуют развитию или ремонту сотовых сетей и смягчают болезни.
Нейроны и глия – самые распространенные типы клеток мозга. Глия, в частности звездчатая глия, называемая астроцитами, высвобождает сигнальные молекулы, которые поддерживают рост и поддержание здоровых синапсов, структур химической связи между нейронами.
Тем не менее в этом исследовании команда Фокса обнаружила, что тип интернейрона, тип клеток, который интерпретирует и передает информацию, отправляемую от других нейронов, производит большую часть коллагена 19 головного мозга, чтобы стимулировать образование синапсов.
"В то время как многие исследования определяют роль астроцитов, подобную интернейронам, мы определили неожиданную роль интернейронов, подобную астроцитам," сказал Фокс, который также является директором Школы неврологии в Технологическом колледже штата Вирджиния.
В предыдущем исследовании команда Фокса обнаружила, что мыши, у которых отсутствует ген, кодирующий коллаген 19, демонстрируют потерю тормозных синапсов, окружающих тела нейронных клеток, расположенных в гиппокампе и неокортексе мозга. У людей эти области мозга участвуют в когнитивных функциях, таких как рассуждение, язык, восприятие, память и обучение. Также было показано, что они играют роль в сенсорном восприятии, памяти и обучении у мышей.
Чрезмерные возбуждающие связи между нейронами в этих областях мозга могут объяснить, почему мыши с этой генетической мутацией более склонны к развитию припадков и поведенческих аномалий. Этот ген также был связан с нервно-психическими расстройствами у людей. В частности, было высказано предположение, что потеря этого гена у людей может быть связана с семейными случаями шизофрении, расстройства мозга, которым страдают более 2 миллионов американцев, по данным Национального института психического здоровья.
Но более раннее открытие Фокса о важности коллагена 19 вызвало еще один вопрос: откуда берется этот белок??
В новом исследовании ученые использовали рибозонды – небольшие сегменты рибонуклеиновых кислот (РНК), которые связываются с комплементарными сегментами РНК – для поиска маркеров разных типов клеток у нормальных мышей, мышей дикого типа и мышей с генетической мутацией. Этот метод показал, что большая часть мозгового коллагена 19 вырабатывается интернейронами определенного типа.
Этот тип интернейронов является одним из первых, который развивается в неокортексе, и он играет роль в созревании окружающих синаптических цепей. В этом случае после того, как интернейрон этого типа высвобождает молекулы коллагена 19, белки служат сигналом, который инструктирует другой многочисленный тип интернейрона производить тормозные синапсы.
"Первоначально, когда мы предложили это, некоторые люди думали, что это неправдоподобно, что один нейрон может влиять на развитие другой клетки, если они не связаны синапсами," Фокс сказал.
Примерно 20 процентов массы тела человека состоит из коллагенов, которые образуют матрицу соединительной ткани, которая окружает органы, мышцы и клеточные структуры. Из-за сложной молекулярной структуры коллагенов лишь небольшая генетическая вариация изменяет форму белка, делая молекулу коллагена бесполезными отходами, которые клетки разрушают и перерабатывают на части.
Генетические мутации коллагена связаны с целым рядом заболеваний соединительной ткани, но Фокс говорит, что они все еще недостаточно изучены в мозге.
"Что меня интересует в этом проекте, так это то, что мы так мало знаем о роли, которую белки внеклеточного матрикса, такие как коллаген 19, играют в опосредовании формирования здоровых цепей," Фокс сказал. "Когда вы студент, посещающий уроки нейробиологии, вы часто узнаете, что в мозге не так много соединительной ткани, но мы все больше и больше обнаруживаем, что присутствие этих белков внеклеточного матрикса на самом деле кажется незначительным. заложить основу для здорового развития мозга."
Лаборатория Фокса планирует развить это открытие, работая над разработкой новых способов рестимуляции тормозящего роста синапсов в больном или поврежденном мозге. Команда ранее обнаружила, что небольшого пептида, полученного из этого коллагена, матрициптина, достаточно для стимулирования роста тормозных синапсов в клетках, лишенных коллагена 19.
"Мы хотим перевести то, что мы узнаем о том, как эти схемы развиваются, в терапию," Фокс сказал. "Мы нашли пептид, который обещает стимулировать образование тормозных синапсов, и изучаем способы его использования."