Откуда клетки мозга получают информацию, может определить их роль в заболеваниях

Откуда клетки мозга получают информацию, может определить их роль в заболеваниях

Солкские ученые обнаружили различия в коммуникационных путях с двумя типами клеток, ответственными за психические и двигательные расстройства.

ЛА-ХОЛЬЯ. Если 95 % ваших соседей болтливы и общительны, вы, вероятно, знаете о них больше, чем те 5 %, которые замкнуты и застенчивы. То же самое и с нейробиологами, которые изучают полосатое тело, область мозга, связанную с контролем действий и обучением: они знают гораздо больше о 95 процентах нейронов, которые взаимодействуют с внешними областями, чем о 5 процентах, которые общаются только внутри полосатого тела.

Ученые Института Солка определили, откуда поступает информация к 5 процентам, и в процессе прояснили связь двух типов нейронов с психическими и сенсорными/двигательными расстройствами соответственно. Различные коммуникационные пути, которые представляют эти два типа «интернейронов», могут предложить новые мишени для лекарств при таких разнообразных расстройствах, как болезнь Паркинсона, ОКР, депрессия и аутизм. Работа появилась в журнале eLife мая 1, 2018.

«Сложность изучения интернейронов полосатого тела заключается в том, что их очень мало», — говорит Синь Джин, доцент Лаборатории молекулярной нейробиологии Солка и старший автор новой статьи. «Было действительно сложно нацелиться всего на дюжину клеток мозга и узнать что-нибудь о причине и следствии».

Два изученных типа интернейронов, ChAT и PV, составляют менее 2% от общего числа нейронов в стриатуме. То немногое, что известно об их функции в полосатом теле, получено из посмертных исследований тканей головного мозга человека. По сравнению со здоровой мозговой тканью в образцах пациентов с депрессией и шизофренией наблюдается уменьшение интернейронов ChAT, в то время как в образцах людей с двигательными расстройствами, такими как болезнь Гентингтона, синдром Туретта и дистония, наблюдается уменьшение интернейронов PV.

Но с таким небольшим количеством каждого типа в мозге традиционные методы, такие как мониторинг активности клеток мозга, не могли дать достаточно данных, чтобы подтвердить точную функцию этих интернейронов. Поэтому лаборатория Джина применила более глобальный подход. Они использовали метод, впервые предложенный коллегой Солком, ученым Эдвардом Каллауэем, чтобы использовать модифицированный вирус бешенства, помеченный флуоресцентным маркером, для отслеживания того, какие клетки мозга взаимодействуют друг с другом у мышей.

При этом команда Солка обнаружила несколько интересных вещей: во-первых, коммуникационные сигналы к нейронам ChAT поступали в основном из областей мозга, отвечающих за когнитивные функции; и, во-вторых, вход в нейроны ЛВ поступал в основном из сенсомоторных областей. Вместе они подкрепили клинические наблюдения за пациентами-людьми и подразумевали их разные роли в когнитивной и сенсомоторной функциях. Кроме того, команда обнаружила новую связь, которую никто раньше не наблюдал: группа нейронов, называемая таламическим ретикулярным ядром (ТРЯ), проецируется непосредственно на полосатое тело. Это было удивительно, потому что считалось, что TRN ограничен в своих проекциях областью мозга, в честь которой он назван, таламусом.

Поскольку результат TRN был настолько неожиданным, Джин и первый автор Джейсон Клуг затем попытались проверить свой первоначальный результат на бешенство с помощью двух независимых методов: оптогенетики, которая использует свет для стимуляции нейронов к срабатыванию, и электрофизиологии, которая регистрирует электрическую активность. Вызывая срабатывание нейронов в TRN, исследователи записывали, реагировали ли интернейроны PV в стриатуме. Нейроны сделали это, что подтвердило доказательства связи TRN-полосатого тела.

«Сочетание методов имело решающее значение для этого открытия и позволило нам исследовать неизвестные или недооцененные входы в полосатые нейроны. Мы использовали отслеживание бешенства для проверки анатомических данных и использовали электрофизиологию и оптогенетику для проверки функциональной связи», — говорит Клуг, научный сотрудник Salk.

Джин добавляет: «Долгое время считалось, что TRN действует как «прожектор» внимания, первоначально предложенный Фрэнсисом Криком в 1984 году. Наше открытие предлагает ранее неизвестный механизм координации внимания и действий через TRN-стриарную коммуникацию и имеет важные последствия для мозг функционирует как в здоровом, так и в болезненном состоянии».

Лаборатория продолжит работу по определению функций интернейронов ChAT и PV в контроле поведения, а также по их исследованию в качестве потенциальных мишеней для лечения психических и неврологических заболеваний.

Среди других авторов были Макс Д. Энгельхардт, Кара Н. Кэдман, Хао Ли, Джаред Б. Смит, Сара Айяла, Элора В. Уильямс и Хилари Хоффман из Солка.

Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (R01NS083815 и R01AG047669), Фондом Дана, Медицинским фондом Эллисона и Фондом Уайтхолла.