Остановка рецептора под названием nogo усиливает синапсы

Новые данные о белке, называемом рецептором nogo, предлагают по-новому взглянуть на то, как поддерживать мозг в тонусе.

Ученые обнаружили, что уменьшение количества рецепторов nogo в головном мозге приводит к усилению передачи сигналов в мозгу у мышей, эффективно повышая силу сигнала между синапсами, связями между нервными клетками в головном мозге. Способность укреплять такие связи является центральной для способности мозга перепрограммировать, процесс, который происходит постоянно, когда мы учимся и запоминаем. Результаты опубликованы в номере журнала Neuroscience от 12 марта.

Работа связывает воедино несколько направлений исследований, касающихся пользы упражнений для здоровья. Хотя эти преимущества широко признаны, в значительной степени неизвестно, как они достигаются на молекулярном уровне. Новое исследование дает ученым возможность производить изменения в мозге, которые отражают те, которые вызваны упражнениями, за счет уменьшения эффекта nogo-рецептора.

Открытие стало неожиданностью, потому что на протяжении большей части последнего десятилетия рецептор nogo был главной целью исследователей, пытающихся заставить нервы в спинном мозге снова расти. Они назвали белок в честь его способности останавливать рост нейронов. Его действие в мозге не было горячей темой для изучения.

Находка нейробиологов из Медицинского центра Университета Рочестера проливает свет на рецептор nogo. Вместо того, чтобы служить мишенью для усилий по восстановлению спинномозговых нервных волокон – действительно, в прошлом году команда из Рочестера показала, что молекула не контролирует этот процесс – молекула внезапно имеет гораздо более широкое значение для обучения и памяти.

«Один из центральных вопросов нейробиологии – какова молекулярная и клеточная основа обучения??- сказал Роман Гигер, Ph.D., доцент кафедры биомедицинской генетики, руководивший исследованием. «Рецептор nogo, кажется, играет роль.”

Рецептор представляет собой беспорядочную молекулу, которая связывается с несколькими другими молекулами, которые предотвращают рост нейронов в спинном мозге. На протяжении большей части этого десятилетия ученые работали над этой молекулой, полагая, что если бы они могли ее заблокировать, они, возможно, смогли бы регенерировать нервы, восстанавливая повреждение спинного мозга способом, который сегодня невозможен.

Но этот путь оказался трудным. В прошлом году в том же журнале команда из Рочестера под руководством Гигера показала, что, хотя рецептор nogo действительно играет роль в предотвращении роста спинномозговых нервов, он не контролирует этот процесс напрямую. Хотя активация рецептора nogo может временно замедлить рост нейронов, она не требуется для подавления хронического роста поврежденных нервных клеток.

Группа Гигера обнаружила, что в некоторых областях мозга, таких как гиппокамп, рецептор nogo как минимум в 10 раз более распространен, чем в спинном мозге.

В мозге команда Гигера обнаружила, что рецептор nogo оказывает широкое влияние на процесс, известный как нейропластичность, который описывает, как клетки нашего мозга постоянно меняются и адаптируются для удовлетворения наших потребностей. Это можно рассматривать просто как способность мозга перестраивать себя на лету, чтобы удовлетворить потребности организма. Этот процесс объясняет, почему люди могут восстановить многие из своих способностей даже после черепно-мозговой травмы или инсульта: другие клетки мозга берут на себя работу за умершие.

Команда Гигера обнаружила, что рецептор nogo играет важную роль в изменении мозга двумя способами.

Во-первых, молекула играет совершенно неожиданную роль, управляя силой сигналов между клетками мозга в синапсах. Команда под руководством Питера Шрагера, Ph.D., профессор нейробиологии и анатомии, провел сложные измерения силы сигналов, передаваемых от клетки к клетке у мышей. Они обнаружили, что мутантные мыши с меньшим количеством рецепторов nogo, чем обычно, имели более сильную передачу сигналов в мозгу, что ученые называют «долгосрочным потенцированием».

Молекула также затронула крошечные структуры, известные как дендритные шипы, важные соединения, которые являются расширениями нейрона и помогают клеткам «разговаривать» с другими клетками. Мыши с большим количеством рецептора nogo имели другое сочетание дендритных шипов, чем нормальные мыши. В гиппокампе у мутантных мышей было меньше грибовидных дендритных шипов и более коротких и тонких шипов, чем у других мышей. Ученые пока не знают последствий изменения, но они говорят, что это твердое доказательство того, что рецептор nogo влияет на анатомическую структуру мозга. Создание и удаление дендритных шипов – важная форма перестройки мозга.

Команда объясняет большую часть эффектов рецептора nogo его способностью прочно связываться с фактором роста, известным как FGF2 (фактор роста фибробластов 2), который в мозге и других частях центральной нервной системы питает нейроны, позволяя им разветвляться. и выращивать новые ростки. Когда рецептор nogo присутствует в изобилии, он связывается с молекулами FGF2, и в результате нейроны больше не разветвляются и не отрастают, как в противном случае.

В целом, результаты показывают, что рецептор nogo оказывает широкое влияние на процессы в мозге, которые лежат в основе обучения и памяти, сказал Гигер.

«Известно, что изменения в силе синапсов могут привести к перестройке нервной системы таким образом, что мы можем компенсировать легкие и умеренные травмы», – сказал Гигер, ученый из Центра нейронного развития и заболеваний. «Повышение синаптической пластичности может частично противодействовать последствиям травмы, такой как инсульт, или черепно-мозговой травмы. На самом деле, у многих пациентов с инсультом этот процесс происходит в обычном порядке – это то, что делает возможной реабилитацию после инсульта.”

Многое из того же типа перенастройки также происходит в результате упражнений. Ученые показали, что упражнения улучшают нейропластичность мозга, повышая способность мозга создавать новые структуры и посылать четкие сигналы, что, в свою очередь, помогает людям оправиться от травм центральной нервной системы. А недавно исследователи из Каролинского института в Стокгольме показали, что упражнения уменьшают количество nogo-рецепторов в головном мозге. Работа Гигера представляет собой молекулярную основу, которая объединяет разрозненные результаты.

По словам Гигера, полученные данные также могут объяснить то, что озадачило ученых. У мышей с поврежденным спинным мозгом, которых лечили соединениями, предназначенными для выключения рецептора nogo, похоже, немного улучшилось, хотя ученым никогда не удавалось продемонстрировать возобновление роста нервов у этих мышей. Возможно, их улучшение происходит за счет эффекта усиления сигнала в синапсах.

Хотя заманчиво думать, что отключение рецептора nogo – это простой процесс, который может помочь людям при любых обстоятельствах за счет повышения мощности их мозга, Гигер указывает, что молекула обнаруживается не только в синапсах, но и вдоль аксонов, где, по мнению ученых, она играет важная роль в ограничении прорастания нервных волокон. Любые попытки уменьшить количество рецепторов nogo должны быть тщательно изучены, чтобы следить за другими эффектами.

Источник: Университет Рочестера

Зов тайги