Как моторные нейроны находят свой путь

Ученые института Солка обнаружили, что моторные нейроны получают множество сигналов, чтобы успешно перемещаться к месту назначения в организме, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Neuron.

«В нервной системе насчитывается 100 триллионов соединений, управляемых 20 000 генов, из которых, как известно, примерно 10 семейств генов участвуют в управлении аксоном. Мы хотели понять, какие умные генетические системы используются природой для подключения самой сложной биологической машины во Вселенной, — говорит профессор Солка Сэмюэль Пфафф — старший автор и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. — Таким образом, мы решили исследовать, как моторные нейроны находят свои связи с мышцами в теле, что очень важно для нашего мозга в деле передачи информации нашим мышцам для обеспечения движения».

Мозг контролирует сотни различных мышц, чтобы обеспечить точное движение. Во время развития двигательные нейроны в спинном мозге расширяют свои аксоны за пределами центральной нервной системы, чтобы соединиться с мышечными клетками в теле. Каждый моторный нейрон зависит от набора генов, которые обеспечивают правильное развитие аксона в мышцах.

«В самом широком смысле мы надеялись, что, выявив гены, участвующие в аномальном развитии двигательных нейронов, мы сможем лучше понять тонкости клеточной передачи сигналов в других контекстах, таких как рак, — говорит первый автор Дарио Бонаноми, бывший постдокторант лаборатории Пфаффа, в настоящее время руководитель группы в Научном институте Сан Раффаэле. — Эта работа не только показывает нам, как развивается нервная система, но и как клетки, в более общем смысле, общаются, перемещаются и создают структуры в организме».

Чтобы найти гены, важные для управления аксонами двигательных нейронов, команда провела генетический скрининг и наблюдала, где двигательные нейроны выращивали свои аксоны, используя зеленые флуоресцентные белки в модели мыши, которую они спроектировали. Затем команда проследила за аксонами, чтобы увидеть, когда были приняты правильные и неправильные решения по росту. Посредством этого отслеживания аксонов ученые идентифицировали мутацию гена, которая привела к ошибочному выбору пути моторного аксона. В этом случае аксоны двигательных нейронов шли в обход и не соединялись должным образом с мышцами.

При более тщательном изучении исследователи обнаружили, что двигательные нейроны поднимаются по краю спинного мозга, а не выходят должным образом для достижения своих целей в мышцах. Команда определила ген, отсутствие которого вызывает эту вредную мутацию — p190, который, как ранее было известно, играет роль в подавлении рака.

Исследователи организовали серию экспериментов, чтобы изучить, как p190 влияет на аксоны, покидающие спинной мозг. Они обнаружили, что, хотя аксоны обычно притягиваются к белку в спинном мозге, называемому нетрином, в течение короткого промежутка времени p190 действует как ослепляющий фактор, поэтому аксоны игнорируют нетрин и выводятся за пределы спинного мозга. Без p190 аксоны притягиваются к нетрину и не покидают спинной мозг должным образом, поэтому никогда не соединяются с мышцами.

Пфафф — руководитель кафедры Бенджамина Х. Льюиса — добавляет: «Эти результаты обеспечивают понимание невообразимой сложности, которая характеризует общение клеток друг с другом».

Следующим шагом является изучение механизма контроля p190, и того, какие факторы влияют на время его активности, говорят исследователи.