Определен ключевой белок регенерации нервных клеток

Автор: Administrator

10.12.2010 23:03

Группа ученых под руководством Мелиссы Роллс (Melissa Rolls), адъюнкт-профессора биохимии и молекулярной биологии Университета штата Пенсильвания (Penn State University), заглянув внутрь нейронов, обнаружила неожиданный процесс, необходимый для их регенерации после тяжелого повреждения. Процесс был открыт в ходе исследований, направленных на расшифровку внутренней работы дендритов – частей нейронов, получающих информацию от других клеток и из внешнего мира. Результаты исследования опубликованы в печатном издании научного журналаCurrent Biology.

Изображение нейрона личинки дрозофилы. Нейрон экспрессирует два различных флуоресцентных белка: красный флуоресцентный белок присутствует по всей клетке и показывает ее форму, зеленый – маркер дендрита. Аксон этого нейрона перерезан лазером пять дней назад, и рост нового аксона начался из дендрита. Новый аксон находится в области, содержащей только красный маркер и не содержащей зеленого маркера дендритов. Этот регенеративный процесс не происходит в отсутствии белка кинезина-2. (Credit: Melissa Rolls Lab, Penn State University)

«Мы уже многое знаем об аксоне – части нервной клетки, ответственной за отправку сигналов», - говорит Роллс. «Однако дендриты – принимающая часть нервных клеток – всегда были загадкой». В отличие от крупных и легко узнаваемых аксонов дендриты сильно разветвлены и часто спрятаны в глубине нервной системе, так что их всегда было труднее визуализировать и изучать. Однако Роллс и ее коллегам удалось преодолеть эти трудности. Они заглянули внутрь дендритов in vivo, используя простой модельный организм – плодовую мушку дрозофилу, нервные клетки которой очень похожи на человеческие. Одной из первых загадок, разрешением которых занялись ученые, было расположение того, что Роллс называет «внутриклеточными магистралями» - микротрубочек.

«Представьте себе нервную клетку с двумя ответвлениями – или руками – выходящими из нее с противоположных сторон», - объясняет Роллс. «Обе руки имеют магистрали – микротрубочки, идущие по всей их длине и позволяющие синтезированным клеткой строительным материалам переноситься к ее дальним концам. Но магистрали идут в противоположных направлениях. В аксонах растущие концы – или «плюс-концы» - микротрубочек направлены от тела клетки. В дендритах - наоборот, в направлении тела. Никто ни понимает, как одна клетка создает две различные системы магистралей».

Исследование, проведенное Роллс, описывает вновь открытый механизм, позволяющий всем микротрубочкам расти в одном и том же направлении, когда они достигают места разветвления дендрита. Ученые предполагают, что один из связанных с этим процессом белков функционирует в качестве якоря в точке разветвления, способствуя концентрации всей необходимой клеточной машины. Этот якорный белок - Apc2. На снимке он связан с зеленым флуоресцентным белком и экспрессируется в нейронах. Яркие зеленые пятна Apc2-GFP локализированы у точек разветвления. (Credit: Melissa Rolls Lab, Penn State University)

В отличие от многих других клеток нашего организма большинство нейронов должны существовать на протяжении всей его жизни. Их чрезвычайно хорошая организация поддерживается за счет основной инфраструктуры – микротрубочек. Но, чтобы быть в состоянии перестраиваться в ответ на повреждение, они одновременно должны быть и очень гибкими. Частично такая гибкость объясняется способностью микротрубочек к постоянному росту. Роллс и ее группа визуализировали этот рост и поняли, что должен существовать набор белков, регулирующих укладку микротрубочек у основных перекрестков – точек разветвления, так чтобы все они имели одно направление. Ученые идентифицировали эти белки, к числу которых относится моторный белок кинезин-2, и обнаружили, что в их отсутствии микротрубочки в дендритах не укладываются в одном и том же направлении, то есть происходит дезорганизация их полярности.

После определения набора белков, необходимых для сохранения упорядоченной инфраструктуры микротрубочек в дендритах, ученые проверили, играют ли эти белки какую-либо роль в способности нейронов отвечать на повреждение. Большинство нейронов незаменимы, и, тем не менее, они обладают невероятной способностью к регенерации своих утраченных частей. В предыдущих исследованиях Роллс и ее коллеги установили, что, если аксон потерян и нервная клетка больше не может посылать сигналы, новый аксон растет с другой стороны клетки, то есть из дендрита. Как часть этого процесса, микротрубочки должны поменять свою полярность. Другими словами, магистрали дендрита должны быть полностью перестроены в направлении, свойственном аксону.

«Лишив мух способности производить белок кинезин-2, мы обнаружили, что магистрали не могут быть правильно перестроены и регенерация нерва терпит неудачу», - объясняет Роллс. «Вероятно, кинезин-2 является важнейшим белком для сохранения полярности и для способности создавать новую магистральную систему, если необходима регенерация нейронов».

Визуализация того, как нерв сохраняет свои внутриклеточные магистрали, важна для понимания нейродегенеративных заболеваний, а также реакции нервов на повреждения, которые часто возникают в результате аварий и других травм. Если белки, регулирующие расположение микротрубочек или переносящие вдоль них грузы, не функционируют должным образом, они могут стать виновниками нейродегенеративных заболеваний, таких как наследственная спастическая параплегия.

«Показав, как микротрубочки расположены в здоровых нейронах и как они перестраиваются в ответ на повреждение, наше исследование поможет другим ученым, разрабатывающим лекарственные препараты для лечения нервных заболеваний и повреждений нервов», - надеется Роллс.

По материалам

Key protein that allows nerve cells to repair themselves discovered

Еще о нейродегенеративных заболеваниях (Альцгеймера, Паркинсона, Гентингтона)

Найден ключ к болезни Паркинсона?

Источником бета-амилоидного белка при болезни Альцгеймера может быть печень, а не мозг

Синтезировано соединение, блокирующее разрушение клеток мозга при болезни Паркинсона

К созданию нанопор ученые подключили даже бабочек

Чистая популяция нервных стволовых клеток обещает значительный прогресс в лечении нервных заболеваний

Болезнь Хантингтона: неупорядоченные белки распространяются из клетки в клетку, приводя к прогрессированию заболевания

Причина болезни Хантингтона найдена в митохондриях

Подтверждена исключительная роль фермента AMPK в аутофагии и увеличении продолжительности жизни

Прионные белки мутируют и адаптируются к окружающей среде