Ученые из Университета Висконсин-Мэдисон обнаружили переключатель, который перенаправляет вспомогательные клетки в периферическую нервную систему в режим «ремонта» и помогает восстанавливать поврежденные аксоны. Аксоны — это длинные волокна нейронов, которые передают нервные импульсы. Периферическая нервная система, сигнальная сеть за пределами головного и спинного мозга, имеет некоторую способность восстанавливать поврежденные аксоны, но этот ремонт проходит медленно и зачастую безрезультатно.
Новое исследование предлагает тактику, которая могла бы запустить или ускорить этот естественный механизм восстановления и помочь, например, в лечении после физических травм, говорит Джон Сварен, профессор компаративных бионаук в Школе ветеринарной медицины Университета Висконсин-Мэдисон. Эти результаты могут быть также полезны для лечения генетических аномалий вроде болезни Шарко-Мари-Тута или повреждений нерва от диабета.
Шванновские клетки (леммоциты) создают изолирующую миелиновую оболочку, которая ускоряет передачу нервных импульсов. В режиме восстановления леммоциты создают «ремонтную бригаду», которая добавляет стимуляцию отрастания нерва к обычной работе изоляции. Сварен, старший автор работы, опубликованной 30 августа в Journal of Neuroscience, изучал, как леммоциты, обнимающие аксоны в периферической нервной системе, преобразуются и начинают играть более активную и «умную» роль после повреждения.
Сварен и его аспирант Джозеф Ма сравнили активацию генов в шванновских клетках у мышей с неповрежденными или вырезанными аксонами. «Мы увидели набор скрытых генов, которые становятся активны, но только после травмы», говорит Сварен, «и они начинают программу, которая помещает леммоциты в режим восстановления, в котором они выполняют несколько видов работы, необходимых для отрастания аксона».
В этом режиме починке, но не в обычном, шванновские клетки начинают убираться по дому, помогая растворять миелин, который необходим для правильного функционирования, но по иронии судьбы мешает регенерации после травмы. «Если вы пригласите шванновские клетки на вечеринку, — говорит Сварен, — они начнут убирать бутылки и мыть посуду, пока все не уйдут».
Эта зачистка должна происходить в течение нескольких дней после повреждения, говорит Сварен. Шванновские клетки также выделяют сигналы, которые призывают кровяные клетки к помощи в очистке, намечают путь отращивания для аксона. Наконец, они возвращаются к роли изолятора, выращивая замену миелиновой оболочки на регенерированном аксоне.
Неожиданно было обнаружено, что переход леммоцитов в ремонтную форму не включал возврат к более примитивной форме, а скорее был основан на изменении в регуляции его генов.
«Почти все другие реакции нервной системы на травму, особенно в мозге, нуждаются в стволовых клетках, чтобы повторно отрастить клетки, но здесь нет никаких стволовых клеток», говорит Сварен. «Шванновские клетки перепрограммируют себя, чтобы запустить программу по ремонту травмы. Мы увидели в них активных игроков с двойной роль по защите и регенерации аксона, и мы исследуем, какие факторы определяют начало и эффективность программы».
После того, как человеческий геном был расшифрован, эпигенетика — изучение регуляции генов — переместилась на передний план. Мы поняли, что гены не имеют особого значения, если их не включить, и эти генетические переключатели играют важнейшую роль в том, почему клетки кожи не похожи на клетки нервов, а нервные клетки работают не так, как клетки крови.
В эпигенетике, как и в остальной биологии, процессы зачастую регулируются балансом между сигналами «стоять» и «идти». В случае с переходом шванновских клеток, Сварен и Ма идентифицировали систему под названием PRC2, которая по сути заглушает ремонтную программу. «Этот путь сводится к переключателю «вкл/выкл», который обычно выключен», говорит Сварен, «и мы хотим узнать, как включить его, чтобы начать процесс восстановления».
Природа системы глушителей генов высшего уровня предложил препараты, которые могли бы убрать метку заглушки с интересующих генов; Сварен говорит, что определил фермент, который может «убрать с тормоза» и намеренно активировать программу ремонта в случае необходимости ответа на травму.
Даже если испытания лекарств будут проходить успешно, потребуются годы экспериментов, прежде чем эту систему испытают на людях. Кроме того, до конца непонятно, насколько хорошо может регенерировать аксон. Едва ли эта одна дорожка приведет к панацее, но они надеются, что она станет важной.
В конечном счете это исследование могло бы открыть новую дверь к регенерации хотя бы одного ключевого сектора нервной системы.
