Учёные Университета Брауна обнаружили механизм, который помогает нервным клеткам направлять аксоны к нужным участкам во время развития организма. Результаты работы могут приблизить создание методов восстановления повреждённых нервных связей после инсульта и травм спинного мозга. Исследование опубликовано в журнале PNAS.
Аксоны передают сигналы от нейронов и во время формирования нервной системы проходят значительные расстояния. Например, отросток двигательного нейрона, отвечающего за движение стопы, тянется от основания позвоночника до самой стопы. Ранее считалось, что направление роста постоянно определяет кончик аксона, реагируя на сигналы окружающей среды.
Исследователи лаборатории Александра Яворского пришли к другому выводу. По их данным, движением аксона управляет генетический переключатель, расположенный в теле нейрона. «Мы обнаружили, что во время развития нейроны включают и выключают целые группы генов, которые позволяют их аксонам проходить через разные участки пути. Это удивительно», — сказал Яворский, доцент Института исследований мозга имени Карни.
Для изучения механизма команда выбрала комиссуральные нейроны, соединяющие левую и правую стороны центральной нервной системы. Их аксоны при прохождении средней линии спинного мозга резко меняют направление, что делает эти клетки удобными для наблюдения за поиском пути. С помощью специально созданного генетического инструмента учёные выделили такие нейроны у грызунов на четырёх этапах развития и исследовали активность генов методом одноклеточного секвенирования РНК.
Анализ показал, что после прохождения промежуточного участка на средней линии нейроны меняют набор активных генов. Это приводит к появлению на кончике аксона других молекул-направляющих и помогает ему двигаться к следующей контрольной точке. По словам исследователей, полученные данные могут помочь решить проблему регенерации: специалисты уже умеют стимулировать рост аксонов, но пока не могут надёжно направить их к правильным целям.
«Теперь, когда мы знаем об этом генетическом переключателе в нейроне, мы, возможно, стали на шаг ближе к тому, чтобы найти способ включать определённые гены, позволяющие аксонам снова расти к правильным целям», — заявил Яворский. Кроме того, команда собрала данные об активности генов более чем у 12 тысяч нейронов на разных стадиях развития, создав масштабный генетический атлас, который может стать основой для дальнейшего изучения спинного мозга. Работа получила поддержку Национальных институтов здравоохранения и премию за инновации Института исследований мозга имени Карни, сообщает Университет Брауна.