Стать нервной клеткой: время не имеет значения

Митохондрии – это небольшие органеллы, которые обеспечивают энергию, необходимую для каждой клетки нашего тела, особенно в головном мозге, потребляющем много “топлива”. На этой неделе бельгийская группа исследователей под руководством Пьера Вандерхаегена обнаружила, что митохондрии также регулируют ключевое событие во время развития мозга: когда нервные стволовые клетки становятся нервными клетками. Митохондрии влияют на этот переключатель судьбы клетки в течение точного периода, который у людей в два раза дольше, чем у мышей. Основополагающие результаты подчеркивают неожиданную функцию митохондрий, которая может помочь объяснить, как люди развили более крупный мозг в ходе эволюции и как митохондриальные дефекты приводят к заболеваниям нервной системы.

Наш мозг состоит из миллиардов невероятно разнообразных нейронов. Впервые они возникают в развивающемся мозге, когда стволовые клетки перестают самообновляться и дифференцируются в нейрон определенного типа. Этот процесс, называемый нейрогенезом, точно регулируется, чтобы дать начало огромной сложной структуре, которой является наш мозг. Считается, что небольшие различия в том, как нервные стволовые клетки генерируют нейроны, являются причиной резкого увеличения размера и сложности нашего мозга.

Чтобы разобраться в этом сложном процессе, проф. Пьер Вандерхаеген и его коллеги исследовали митохондрии, маленькие органеллы, которые обеспечивают энергией каждую клетку тела, включая развивающийся мозг. Их исследование опубликовано в журнале Science.

«Заболевания, вызванные дефектами митохондрий, приводят к проблемам развития многих органов, в частности головного мозга», – объясняет Вандерхаеген, специалист в области стволовых клеток и нейробиологии развития. «Раньше мы думали, что это связано с важнейшей функцией митохондрий – обеспечивать клетки энергией, но это только часть истории: недавние исследования стволовых клеток показывают, что митохондрии имеют прямое влияние на развитие органов. Мы проверили, может ли это происходить в мозгу и каким образом».

Деление и синтез

Вместе со своей командой он исследовал, связано ли и как ремоделирование митохондрий с определением судьбы нейронов во время нейрогенеза. 

«Митохондрии – это высокодинамичные органеллы, которые могут соединяться (слияние) или расщепляться (деление), и мы знаем, что эта динамика связана с изменениями судьбы в различных типах стволовых клеток», – говорит Вандерхэген.

Риохей Ивата, научный сотрудник лаборатории Вандерхэгена, разработал новый метод детального наблюдения за митохондриями, когда нейронные стволовые клетки «захватываются в действии» и становятся нейронами. 

Исследователи смогли показать, что повышенное деление митохондрий на самом деле способствует дифференцировке судьбы нейронов, в то время как слияние митохондрий после митоза перенаправляет дочерние клетки в сторону самообновления.

Временное окно

Итак, митохондриальная динамика важна, чтобы стать нейроном, но это еще не все.

«Мы обнаружили, что влияние митохондриальной динамики на выбор клеточной судьбы ограничено очень конкретным временным окном, сразу после деления клетки», – говорит Пьер Казимир, аспирант из лаборатории Вандерхэгена. «Интересно, что ограниченное временное окно у людей в два раза длиннее, чем у мышей».

«Предыдущие результаты были в основном сосредоточены на решении судьбы нервных стволовых клеток до их деления, но наши данные показывают, что на судьбу клеток можно влиять в течение гораздо более длительного периода, даже после деления нервных стволовых клеток», – говорит Вандерхэген. 

Это может иметь интересные последствия в развивающейся области перепрограммирования клеток, где ученые пытаются преобразовать ненейронные клетки непосредственно в нейрональные клетки, например, для терапевтических целей.

«Поскольку этот период пластичности у человеческих клеток намного дольше, чем у мышиных, есть соблазн предположить, что он способствует повышению способности к самообновлению клеток-предшественников человека и, таким образом, уникально развитому мозгу и когнитивным способностям нашего вида. Удивительно думать, что митохондрии, маленькие органеллы, которые развились в клетках более миллиарда лет назад, могли внести свой вклад в недавнюю эволюцию человеческого мозга», – пишут исследователи.

DOI: 10.1126/science.aba9760

Вас также может заинтересовать: “Миграция нейронов: «раздвижная дверь» для будущего мозга“