Динамик 1: Добро пожаловать в подкаст Института Солка «С чего начинаются лекарства», где ученые рассказывают о прорывных открытиях с вашими ведущими, Элли Акмаль и Бриттани Фэйр.

Бретанская ярмарка: Доктор Аллен исследует, как в норме формируется и функционирует мозг, а также какие нарушения возникают при различных заболеваниях, таких как аутизм и болезнь Альцгеймера.

Бретанская ярмарка: Большинство исследований мозга сосредоточено на нейронах, но доктор Аллен применяет уникальный подход, задавая вопрос о том, как ненейронные клетки мозга, называемые астроцитами, регулируют работу мозга.

Бретанская ярмарка: Доктор Аллен, не могли бы вы немного рассказать нам о том, что вы изучаете здесь, в Солке?

Никола Аллен: Итак, в моей лаборатории мы действительно хотим понять ваш мозг, и когда мы думаем о мозге, мы хотим понять, как этот удивительный орган формируется во время развития, как он функционирует на протяжении всей жизни и как он может развиваться. неправильно при многих различных заболеваниях. Итак, если вы думаете о своем мозге, у вас есть миллиарды нейронов. Это электрически возбудимые клетки, которые сообщаются друг с другом.

Бретанская ярмарка: Ого, миллиарды.

Никола Аллен: Миллиарды, да, и они кодируют все ваши мысли и действия. И способ их общения заключается в том, что они создают особые связи друг с другом, называемые синапсами, и на самом деле в вашем человеческом мозгу есть триллионы синапсов. Итак, миллиарды нейронов и триллионы связей. Представьте себе, когда мозг формируется, как правильному нейрону удается найти правильного партнера, чтобы ваш мозг мог нормально функционировать на протяжении всей жизни — это действительно сложный вопрос.

Бретанская ярмарка: Как будто каждый нейрон протягивает свои руки, ища другие нейроны, чтобы взяться за руки и установить связи.

Бретанская ярмарка: Какой подход вы используете для изучения нейроразвития?

Никола Аллен: Мы знаем, что у нас есть миллиарды нейронов, но большинство людей не осознают, что в дополнение к этим нейронам есть еще один тип клеток, называемый глией, и на самом деле в вашем мозгу столько же глиальных клеток, сколько и нейронов. Итак, в моей лаборатории мы работаем с одним из этих типов глиальных клеток, называемым астроцитом. Их называют астроцитами из-за их формы. Они похожи на звезды. У них много-много отростков, которые выходят наружу и касаются нейронов, и мы показали, что на самом деле эти астроциты разговаривают с нейронами и сообщают им, как соединяться друг с другом, а затем также инструктируют, как функционируют соединения.

Бретанская ярмарка: В чем состоит одно из основных отличий астроцита от нейрона?

Никола Аллен: Итак, нейроны — это клетки, которые используют электрическую активность для связи друг с другом. Итак, это клетки, которые, когда у вас возникает мысль или вы хотите что-то сделать или выполнить действие, выполняют эту функцию, но они не могут делать это сами по себе. Итак, астроциты, с которыми они взаимодействуют, не обладают этой электрической активностью, этой электрической сигнализацией, но у них есть те же самые химические сигналы, которые используют нейроны. Так что на самом деле, когда нейроны подают сигналы друг другу, используя химические вещества, такие как нейротрансмиттеры, астроциты также чувствуют и реагируют на это, а затем они могут общаться с нейронами и действительно контролировать на более глобальном уровне, как функционируют нейроны.

Бретанская ярмарка: И я знаю, что одна из вещей, которую обнаружила ваша лаборатория, заключается в том, что различные белки также секретируются и используются для связи между астроцитами. Или это связь между астроцитами и нейронами?

Никола Аллен: Верно. Итак, большая часть работы, которую мы проделали до сих пор, связана с изучением связи между астроцитами и нейронами, но вы можете представить себе будущее, думая о том, как эти клетки будут передавать сигналы друг другу, что будет столь же важно.

Никола Аллен: Мы обнаружили один сигнал, белок под названием глипикан 4, который в молодом мозге действительно инструктирует нейроны устанавливать первые связи.

Бретанская ярмарка: Глипикан 4 представляет собой белок, который может играть роль в контроле клеточного деления и регуляции роста в центральной нервной системе.

Никола Аллен: Итак, когда нейроны только формируются и ищут подходящего партнера, это сигнал от астроцитов, говорящий им, что сейчас нужное место и нужное время, и вы должны начать общение.

Никола Аллен: Затем недавно мы идентифицировали второй белок, который появляется во взрослом мозге, названный Chrdl1, и он делает что-то другое. Итак, это действие, когда эти связи уже существуют, это делает их стабильными и зрелыми и говорит: хорошо, вы находитесь в правильном месте, так что теперь вы останетесь здесь и будете действующей связью на протяжении всей жизни.

Бретанская ярмарка: Chrdl1 в основном сообщает мозгу, что он стал взрослым, и перестает вести себя как подросток.

Никола Аллен: Итак, мы взволнованы этим, потому что на самом деле, с другой стороны, то, что происходит, это стабилизация этой связи, то, что вы на самом деле сделали, это подавление пластичности.

Бретанская ярмарка: Что она имеет в виду под пластичностью, так это то, что мозг не статичен, и с возрастом у мозга появляется невероятная способность продолжать создавать новые нейроны и новые связи между этими нейронами.

Никола Аллен: Итак, теперь вы останавливаете ремоделирование нейрона, даже если бы он этого хотел. И что мы на самом деле обнаружили, так это то, что если вы избавитесь от этого сигнала в мозгу, то теперь у вас будет пластичность на протяжении всей жизни. Поэтому нам очень интересно подумать в будущем, как мы можем использовать это знание о конкретных сигналах, которые либо индуцируют новый синапс, либо стабилизируют синапс, как мы можем подумать об использовании их в качестве потенциальных методов лечения различных расстройств, при которых синапсы не работают. правильно.

Бретанская ярмарка: Белок Chrdl1 может быть ответственен за некоторые из этих нарушений?

Никола Аллен: Да.

Бретанская ярмарка: Итак, как вы изучаете что-то вроде белковой передачи сигналов в астроцитах головного мозга?

Никола Аллен: Итак, мы упрощаем вещи. Мы помещаем нейроны и астроциты в чашку. Мы можем выращивать их вне тела. И тогда мы сможем посмотреть, какова функция этих нейронов по отдельности или этих астроцитов по отдельности. Итак, с астроцитами мы можем вырастить их сами по себе, и на самом деле мы можем собрать все, что они выделяют, в среду, в которой они растут. Мы называем это секретомом. Затем, работая здесь с нашими коллегами по масс-спектрометрии в ядре, мы можем анализировать и обнаруживать каждый отдельный белок, который высвобождается.

Бретанская ярмарка: Чтобы лучше понять, как лаборатория Аллена выращивает астроциты, мы встретились с одним из научных сотрудников доктора Аллена, доктором Еленой Бланко Суарес, для экскурсии по лаборатории.

Елена Бланко Суарес: Добро пожаловать в лабораторию Аллена. Итак, мы можем пройти в кабинет электрофизиологии. Это довольно специфично для нейробиологических лабораторий, таких как наша, и в основном они здесь изучают электрические характеристики нейронов. Нейроны могут общаться с помощью электрических сигналов, поэтому иногда мы хотим это измерить.

Бретанская ярмарка: И как эта электрофизиологическая установка помогает информировать ученых о том, как нейроны общаются друг с другом?

Елена Бланко Суарес: Итак, тогда электрофизиолог может считывать все сигналы, которые они получают от своих нейронов. Таким образом, они могут измерять ток, напряжение, измерять амплитуду сигнала, частоту этих сигналов, и в зависимости от условий, в которых находятся эти нейроны в вашем эксперименте, эти различные характеристики будут различаться.

Бретанская ярмарка: Итак, теперь мы заходим в кабинет доктора Бланко Суарес и собираемся посмотреть на некоторые из сделанных ею фотографий астроцитов, которые она изучает.

Елена Бланко Суарес: Итак, это изображение, это все слои из коры, из зрительной коры. Итак, я пытался найти хороший маркер для астроцитов. Итак, мы тестировали здесь разные метки, разные метки, и это заставляет наши астроциты флуоресцировать.

Бретанская ярмарка: Это буквально выглядит как изображение галактики звезд, и вы только что поставили крошечные крестики на звездах. Вы их вручную ставили?

Елена Бланко Суарес: Да. Эти конкретные эксперименты были ручными. Так что это требует большого терпения.

Бретанская ярмарка: Что это говорит вам? Почему вы хотите иметь эту информацию?

Елена Бланко Суарес: Потому что на данный момент у нас нет маркеров для оценки астроцитов, и люди пытаются найти лучшие из них. Я могу показать вам, где мы сделали эти снимки в комнате с микроскопом.

Бретанская ярмарка: О, фантастика!

Елена Бланко Суарес: Это наш эпифлуоресцентный микроскоп. Мы помещаем эти метки на предметные стекла мозга, чтобы пометить различные белки в клетках. Делаем это флуоресцентными маркерами. Мы видим на экране одно изображение, только что взятое из этого среза мозга.

Бретанская ярмарка: Для меня это похоже на секс.

Елена Бланко Суарес: Это нейроны, тела нейронов, вот почему вы видите только [неразборчиво 00:08:44], а не все дендриты или аксоны, потому что они помечают только те белки, которые в основном находятся в телах нейронов.

Бретанская ярмарка: К тому времени, когда вы входите в комнату, чтобы воспользоваться микроскопом и посмотреть на этот срез мозга, обычно это уже конец эксперимента, верно?

Елена Бланко Суарес: Да.

Бретанская ярмарка: Вы взволнованы, чтобы войти в эту комнату и посмотреть, что у вас есть?

Елена Бланко Суарес: Да, но это также может быть очень неприятно, потому что вы можете прийти, а там ничего нет, и есть так много разных шагов, которые могли потерпеть неудачу, и вы должны попытаться понять это. Вы должны вернуться и подумать, ладно, что пошло не так, что теперь, глядя на этот срез мозга, он не флуоресцентный. Ничего не видно. Что случилось?

Бретанская ярмарка: В туре мы также познакомились с Изабель Салас. Она научный сотрудник лаборатории Аллена. Доктор Салас изучал изображение мозга на экране компьютера.

Изабель Салас: Итак, это гиппокамп. Это область мозга, которая важна для обучения и памяти и очень рано поражается при болезни Альцгеймера. А затем мы собираемся секвенировать эти РНК, чтобы увидеть их изменения в экспрессии генов в модели болезни Альцгеймера по сравнению с контрольной группой.

Бретанская ярмарка: Доктор Салас надеется открыть новые пути и гены, поражающие болезнь Альцгеймера.

Бретанская ярмарка: Что ж, большое спасибо за экскурсию по лаборатории Аллена, доктор Бланко Суарес.

Елена Бланко Суарес: Спасибо.

Бретанская ярмарка: Абсолютное удовольствие и супер интересно посмотреть, где ведется вся эта работа.

Бретанская ярмарка: Нейродегенерация является одним из основных направлений деятельности Allen Lab.

Никола Аллен: Да, так что если посмотреть на роль астроцитов, болезни Альцгеймера и старения по-разному. В стареющем мозге астроциты меняются, и они фактически включают пути, которые в молодом мозге вызывают потерю синапсов. Таким образом, мы думаем, что они частично ответственны за потерю синаптической функции, наблюдаемую только при нормальном старении. Итак, исходя из этого, мы уже заинтересованы в том, чтобы спросить, происходит ли это также при нейродегенерации? Это то же самое, что и при болезни Альцгеймера? Итак, мы действительно спрашиваем, являются ли подобные изменения в астроцитах с возрастом частью того, что позволяет деменции прогрессировать при старении? Являются ли они активными участниками процесса потери синапсов? Можем ли мы сделать что-то полезное с этим при старении или нейрогенерации? Итак, можем ли мы обратить вспять или предотвратить часть этой потери синапсов?

Бретанская ярмарка: Болезнь Альцгеймера ежегодно поражает около 3 миллионов человек в Соединенных Штатах. И это число растет.

Бретанская ярмарка: Обычно, когда мы думаем о болезни Альцгеймера, мы думаем о бета-амилоиде или тау-белке, поэтому эта перспектива или угол зрения астроцитов кажется очень новой.

Никола Аллен: Некоторый генетический риск для болезни Альцгеймера фактически показывает, что не только астроциты, но также микроглия или другой тип глиальных клеток, присутствующих в мозге, действительно могут быть некоторыми из клеток, лежащих в основе. Некоторые из изменений, которые происходят. Итак, я думаю, что это захватывающее время, чтобы быть в этой области исследований, потому что люди осознают, что, очевидно, бета-амилоид и тау важны, но, возможно, есть другие пути, на которые мы могли бы попытаться нацелиться, чтобы попытаться помочь в этом заболевании.

Бретанская ярмарка: И это также интересно, потому что, когда вы просто думаете о мозге, я думаю, что первое слово, которое приходит на ум, вероятно, — «нейрон». Итак, если в этом исследовании у нас одинаковое количество глиальных клеток, а именно астроцитов, почему глиальные клетки были проигнорированы?

Никола Аллен: Итак, я думаю, что одна из причин в том, что нейроны возбуждают. Они отлично подходят для учебы. Вы можете записывать их действия в режиме реального времени. Это действительно потрясающе. Вы действительно можете видеть, что происходит. Они являются прямым считыванием функции мозга. Так что отчасти, я думаю, это была наша неспособность измерить те же самые вещи в астроцитах.

Никола Аллен: Итак, нехватка инструментов, доступных для нас, чтобы действительно отслеживать, что делали эти клетки, потому что у них нет этой электрической активности. Казалось, что они ничего не делали, но когда вы начинаете смотреть на них, оказывается, что один из наших коллег, Аксель Ниммерьян, здесь, в Солке, может отслеживать активность астроцитов в режиме реального времени, глядя на другой сигнал, увеличение в уровне кальция. Итак, работа из таких лабораторий, как его, теперь показывает, что эти клетки действительно участвуют в этих непрерывных процессах нейронной активности. Это просто в более медленном масштабе. Так что я думаю, как только мы начнем думать о них как об отдельных типах клеток, как они есть, и придумаем инструменты для их конкретного мониторинга, тогда мы будем получать гораздо больше информации о том, что они делают в организме. мозг. Многое еще предстоит изучить, и я думаю, что Солк — отличное место для этого, потому что у нас есть несколько различных групп, которые работают в этой области.

Бретанская ярмарка: Помимо ваших исследований, я просто хотел узнать немного больше о вас и вашей карьере, чтобы стать нейробиологом.

Бретанская ярмарка: Итак, вы всегда знали, что хотите стать нейробиологом?

Никола Аллен: Мне всегда нравилась биология. Не обязательно неврология, но в старшей школе мне всегда нравилась биология. А затем в университете, то же самое, биология, а затем я очень заинтересовался нейробиологией и иммунологией, так же, как я думаю, двумя областями, которым еще предстоит многому научиться, по сути, поэтому я сосредоточился на них.

Никола Аллен: Я думаю, что моя любимая часть работы ученого — это открытия. Таким образом, вы можете придумать идеи, выдвинуть гипотезу, войти и проверить ее, а затем получить ответ. И время от времени у вас случается большой прорыв, и это очень захватывающе.

Никола Аллен: Когда мы впервые обнаружили глипикановый белок, влияющий на синапсы, это произошло после многих лет работы. Но когда вы, наконец, добьетесь этого прорыва, это будет великий день, и он приведет вас ко многим, многим открытиям.

Бретанская ярмарка: Есть ли у вас какие-либо советы для начинающих молодых ученых?

Никола Аллен: Я думаю, вы должны убедиться, что делаете то, что вам нравится. Вы только что говорили о том, что часть того, что поддерживает вас как ученого, — это волнение, потому что может пройти много времени, прежде чем вы совершите прорыв. Итак, я думаю, что настойчивость важна, а также иметь это, всегда иметь в виду эту большую цель. Так что подумайте, почему вы это делаете, что вами движет и убедитесь, что это вас мотивирует.

Бретанская ярмарка: Итак, сколько времени проходит от обдумывания идеи до фактической публикации статьи в одном из ваших типичных исследовательских проектов?

Никола Аллен: Итак, каждая работа в лаборатории проходит, наверное, четыре-пять лет от начала до окончательной публикации. Так что да, вам нужно проявить настойчивость, потому что в этом есть несколько моментов Эврики и прорыва, но затем большая часть остального — это просто убедиться, что вы правы.

Бретанская ярмарка: Когда вы сталкиваетесь с одной из этих наиболее захватывающих находок, испытываете ли вы в этот момент трепет?

Никола Аллен: Не знаю насчет благоговения, но однозначно «ура!».

Бретанская ярмарка: И вы немного говорили о будущем вашей работы, но каково более широкое общее будущее для исследований астроцитов?

Никола Аллен: Я думаю, что сейчас самое время заняться этой областью, потому что все больше и больше нейробиологов осознают, что если вы хотите полностью понять мозг, будь то развитие, взрослая функция или болезнь, вам нужно подумать о весь мозг. Итак, все клетки, с которыми взаимодействуют нейроны. Итак, я думаю, что для нас интересно быть в этой области, изучая астроциты, потому что сейчас мы действительно думаем о том, как мы можем использовать эти клетки в терапевтических целях, что будет действительно важно.

Бретанская ярмарка: Спасибо, что присоединились к нам сегодня, доктор Аллен. Было очень приятно иметь вас. Было здорово быть здесь. Присоединяйтесь к нам в следующий раз, чтобы узнать больше о передовых достижениях науки Солка.
В Солке всемирно известные ученые работают вместе над исследованием больших и смелых идей: от рака до болезни Альцгеймера, старения и изменения климата. «Где начинается лечение» — производство Управления коммуникаций Института Солка.