Учёные из Института мозга Карни при Брауновском университете совершили открытие, которое меняет устоявшиеся представления о том, как нейроны направляют свои отростки к нужным целям. Результаты работы опубликованы в журнале PNAS. По словам авторов, полученные данные формируют «генетический атлас» развития нейронов и могут стать важным шагом к пониманию того, как восстанавливать повреждённые нервные связи при инсульте и травмах спинного мозга.
Аксоны — ключевые элементы нервной проводки. В период эмбрионального развития они вытягиваются из нейронов, словно усики растений в поисках света, и преодолевают сложные, порой очень длинные маршруты, чтобы достичь клеток-мишеней. Например, отросток мотонейрона, отвечающего за движение стопы, тянется от основания позвоночника до самой стопы. До сих пор считалось, что поскольку аксоны столь длинны и быстро реагируют на окружающую среду, указания о направлении роста должны поступать от кончика аксона.
Однако команда исследователей под руководством Александра Яворски обнаружила иной механизм: на самом деле аксоны управляются генетическим переключателем, расположенным в теле клетки. «Мы выяснили, что в ходе развития нейроны включают и выключают целые группы генов, которые позволяют их аксонам расти через разные участки пути, — говорит Яворски, доцент кафедры науки о мозге. — Это удивительно».
Ранее было известно, что секрет дальних путешествий аксонов заключается в промежуточных остановках на пути к цели. Проходя через такую станцию, аксон меняет направление, чтобы двигаться к следующей — этот процесс называют навигацией аксонов. Чтобы изучить его подробнее, учёные сосредоточились на комиссуральных нейронах, соединяющих левую и правую стороны центральной нервной системы. Этот тип нейронов удобен тем, что его аксон резко меняет направление, пересекая среднюю линию спинного мозга.
С помощью специального генетического инструмента исследователи выделили комиссуральные нейроны грызунов на четырёх стадиях развития и проанализировали экспрессию генов методом одноклеточного секвенирования РНК. Оказалось, что при прохождении средней линии нейроны меняют активность генов — этот генетический переключатель запускает появление у кончика аксона разных молекул-проводников, что позволяет ему двигаться от средней линии к следующей контрольной точке.
Сегодня учёные, занимающиеся регенерацией нервов, сталкиваются с одной и той же проблемой: они могут заставить аксоны расти, но не могут направить их в нужное место. Новое открытие может помочь ответить на ключевые вопросы о восстановлении аксонов после инсульта или травмы спинного мозга. «Теперь, когда мы знаем об этом генетическом переключателе в нейроне, мы, возможно, на шаг ближе к тому, чтобы найти способ включать конкретные гены, позволяющие аксонам отрастать к правильным целям», — отмечает Яворски. Кроме того, команда собрала данные об экспрессии генов более чем 12 000 нейронов на разных стадиях развития — это масштабный генетический атлас, который может стать основой для исследователей, изучающих спинной мозг.