Клеточная программа удаления мусора помогает создавать новые нейроны

Сверху иммунофлуоресцентное изображение области мозга, называемой зубчатой ​​извилиной внутри гиппокампа, которая является одним из двух мест, где нервные стволовые клетки находятся в мозге грызунов. На этом изображении вы можете увидеть множество нервных стволовых клеток в мозге, помеченных красным и маркеры SOX2 самообновляющихся клеток голубого цвета.

Новое исследование ученых из Университета Висконсин-Мэдисон показывает, как клеточный филамент(нитевидные структуры) помогает нервным стволовым клеткам очищать поврежденные и слипшиеся белки, что является важным шагом в конечном итоге в производстве новых нейронов. В работе предлагают новую клеточную мишень для вмешательств, которая может увеличить производство нейронов, когда это больше всего необходимо, например, после травм головного мозга. И поскольку комкование белков является отличительной чертой многих нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, новое исследование может дать представление о том, как эти токсичные белки могут быть удалены. Доцент кафедры нейробиологии Дарси Мур руководила работой со своим аспирантом Кристофером Морроу. Их исследование доступно в журнале Cell Stem Cell.

«В качестве долгосрочной цели мы хотели бы иметь возможность индуцировать эндогенные нервные стволовые клетки для регенерации ткани, особенно после инсульта или другой нейродегенерации», — говорит Морроу.

В мышиной модели команда определила клеточный филамент, известный под названием виментин, как ключевой компонент системы управления белками нервных стволовых клеток. Они обнаружили, что виментин приносит протеасомы, разрушающие ненужные или дефектные белки, которые должны быть удалены для нормального функционирования клеток. Нервные стволовые клетки накапливают поврежденные белки во время процесса старения или когда они находятся в состоянии покоя или подвергаются воздействию токсичных химических веществ.

Мыши, неспособные продуцировать виментин, обладали пониженной способностью вырабатывать новые нейроны из стволовых клеток в более молодом возрасте, что позволяет предположить, что виментин важен для поддержания нервных стволовых клеток.

Учебники раньше учили, что взрослые млекопитающие не производят новые нейроны, но это не так, говорит Морроу.

«Последние данные свидетельствуют о том, что нервные стволовые клетки присутствуют у взрослых млекопитающих, они просто не вступают в клеточный цикл и не делятся. И теперь мы также знаем, что компонент нервных стволовых клеток, попадающих в клеточный цикл, расщепляет белки», — говорит Морроу. «Мы описываем программу, которая есть у нервных стволовых клеток, для быстрой и эффективной очистки белка и входа в клеточный цикл для нейрогенеза».

Эта программа включает в себя маркировку поврежденных белков, концентрирование их в одном месте в клетке, а затем транспортировку переваривающих веществ в это место для разрушения поврежденных белков. Чтобы изучить роль виментина в этой программе, ученые пометили белок нити флуоресцентным маркером, а также изучили мышей, неспособных вырабатывать виментин.

Они увидели, что хотя нервные стволовые клетки все еще могут метить и концентрировать поврежденные белки без виментина, им нужен этот белковый филамент, чтобы доставить протеасомы в нужное место, чтобы убрать все старые белки. С уменьшенной способностью избавляться от накопленных белков, нервные стволовые клетки хуже выходили из покоя и производили новые нейроны у мышей.

Это удивительное возрождение роли виментина, который, как долго предполагали ученые, в значительной степени ограничивался тем, что помогал клеткам двигаться и оказывал структурную поддержку клетке. Двадцать лет назад исследователи разработали мышей, не способных вырабатывать виментин — и они казались хорошими. Но теперь становится ясно, что виментин важен для реагирования в сложных ситуация, таких как старение или токсины, которые угрожают скопить клетки с комкованными белками.

Мутации в виментине связаны с заболеваниями у людей, включая катаракту и, в некоторых случаях, ускоренное старение. И раковые клетки полагаются на виментин, когда начинают метастазировать. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, как виментина влияет на здоровье клеток, старение и болезни у людей и других животных.

«В дополнение к сосредоточению внимания на нервных стволовых клетках для регенеративной терапии, очевидным следующим шагом является исследование того, какую роль играет виментин при других заболеваниях, таких как рак», — говорит Дарси Мур. 

Ссылка на исследование: http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2020.01.018

Вас также может заинтересовать: Как глия уничтожает отдельные воспоминания