Как активизировать восстановление нервных клеток
Всегда считалось, что в отличие от активных процессов роста во время эмбрионального развития поврежденные аксоны участков центральной нервной системы взрослого человека не способны регенерировать. В недавнем исследовании, проведенном научными сотрудниками Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний в Бонне (German Center for Neurodegenerative Diseases, Bonn), Германия, определена группа протеинов, которые обусловливают восстановление поврежденных нервных клеток.
Потенциал юных нейронов
Всегда считалось, что в нейронах центральной нервной системы способность к росту подавляется после установления связей с клетками-мишенями и формирования межнейронных синапсов. Однако последние данные свидетельствуют о том, что зрелые аксоны не теряют потенциала роста и восстановления после повреждений, подобно юным нейронам в период внутриутробного развития. Базовые механизмы этого процесса отражены в лабораторных исследованиях группы ученых Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний под руководством профессора Франка Бредке (Frank Bradke) и их коллег из Боннского университета (University of Bonn), Германия.
Объясняя основную идею работы, Ф. Бредке отметил, что в действительности процессы регенерации зрелых клеток нервной системы имеют ряд весомых отличий. Ведь раньше считалось бесспорным, что нейроны демонстрируют активный рост только на этапах эмбрионального развития, зато зрелые клетки обычно не растут, а их потенциал восстановления физиологически блокирован. Однако результаты проведенного исследования опровергли прежние представления, указывая на то, что зрелые нейроны все же сохраняют способность к росту и регенерации, вопреки общему угнетению роста этих клеток. В частности, Ф. Бредке и его коллеги обнаружили, что определенные протеины (белки), которые выступают активаторами роста юных нейронов, имеют решающее значение в этих процессах. Они, по словам нейробиологов, являются главными регуляторами роста независимо от стадии развития нервных клеток, влияют на поддерживающую структуру клетки и таким образом выступают триггерами динамических процессов, которые являются предпосылкой для роста и регенерации.
Специфика кофилина
Действительно, активные процессы роста нейронов наблюдаются на этапе их эмбрионального развития. В дальнейшем же только нейроны периферических отделов нервной системы сохраняют выраженную способность регенерировать в ответ на травматические повреждения. В последние годы описаны различные факторы, которые влияют на рост нейронов. Относительно некоторых из них, а именно белковому соединению кофилину представителю актин-деполимеризуючих факторов, продемонстрирована уникальная роль в поэтапном формировании аксонов во время эмбрионального развития организма. В следующем исследовании немецкими учеными доказано, что именно эти протеины при определенных условиях способны стимулировать рост и регенерацию, в том числе и в зрелых аксонах взрослого человека.
Молекулярные механизмы аксональной регенерации
В ходе представленного исследования изучено потенциал повторной инициации аксонального восстановления после повреждения путем реактивации молекулярных механизмов, которые направляют процессы морфогенетической трансформации нейронов во время их развития. Эксперименты с генетическим исключением и усилением функциональной способности в сопровождении пошаговой микроскопии, визуализации in vivo и комплексного анализа исследуемых показателей продемонстрировали, что регенерация аксонов стимулируется процессами реструктуризации актина. В частности, установлено, что актин-деполимеризуючий фактор (actin depolymerizing factor – ADF) - кофилин (cofilin) – является механизмом контроля метаболических превращений актина в поддержке регенерации аксонов после повреждений спинного мозга благодаря способности к реструктуризации актина.
Таким образом, рост и регенерация нейронов стимулируется динамикой актиновых филаментов. Указанные молекулы формируют молекулярный каркас, который придает клетке форму и стабильность. Влияние кофилина, протеина представителя актин-деполимеризуючий факторов, способствует частичному растворению этого молекулярного каркаса. Только в результате такого распада структура клетки может изменяться, и благодаря этому разблокируется способность нейронального роста и восстановления. Описанное, по мнению ученых, определяет роль актин-деполимеризуючого фактора как ведущего регулятора способности аксонов к росту независимо от стадии онтогенеза.
Описанные процессы исследователи наблюдали в эксперименте на лабораторных животных, изучая изменения нервных клеток ганглиев дорсальных корешков. Нервные клетки указанной локализации имеют центральный и периферический аксон. Ранее было известно, что периферический аксон может регенерировать после повреждения. При этом центральный аксон также способен к восстановлению, но только при условии предварительного повреждения его периферического аналога. Пока остается неопределенной ответ на вопрос о причинах этой последовательности. Однако исследователи отметили перспективу изучения этого аспекта в последующих своих работах.
Выводы
Полученные данные демонстрируют ключевую роль актина в регуляции динамики указанных процессов и объясняют основной механизм, лежащий в основе роста аксонов после травматических повреждений тканей уровня центральной нервной системы. Опираясь на это, авторы сделали вывод о том, что нейроны сохраняют способность к активации развития даже на поздних этапах индивидуального развития организма, то есть у взрослых, что значительно расширяет их клеточный потенциал в рамках адаптации и пластичности структур при непрогнозируемых изменениях в течение жизни.
Таким образом, важным достижением проведенного исследования является фактическое подтверждение того, что метаболизм актина является ключевым процессом, на изучении которого стоит сосредоточить внимание будущих исследований, направленных на поиск возможностей и разработку восстановительных лечебных стратегий для пациентов с травмами центральной нервной системы. Это означает, что после травмы спинного мозга, спровоцированной переломом позвоночника, в недалеком будущем можно будет восстановить функциональное состояние и предупредить инвалидность человека.