У насекомых обнаружили структуры для быстрой передачи нервных импульсов

В мозге животных есть два типа клеток: нейроны, которые обрабатывают и передают информацию, и глиальные клетки, выполняющие вспомогательные функции. В 1871 году французский анатом Луи-Антуан Ранвье обнаружил у позвоночных особые кольцевидные области на отростках нейронов, лишённые окружающей оболочки — миелина, который формируют глиальные клетки. Эти узлы Ранвье вместе с изолирующей миелиновой оболочкой обеспечивают очень быструю передачу электрических нервных импульсов на большие расстояния. Импульсы «перепрыгивают» от узла к узлу со скоростью до 100 метров в секунду. Долгое время считалось, что такое сальтаторное проведение характерно только для позвоночных.

Впервые на примере плодовой мушки (Drosophila melanogaster) команда нейробиологов под руководством профессора Кристиана Клэмбта из Мюнстерского университета (Германия) показала, что подобные структуры существуют и у насекомых. Исследование опубликовано в журнале eLife.

Учёные проанализировали распределение белков, необходимых для проведения нервного импульса у плодовых мушек. С помощью генетических и микроскопических методов они показали, что ионные каналы для натрия и калия, лежащие в основе передачи, организованы в кластеры аналогично позвоночным.

Как недавно описано в теоретической работе команды, локальное скопление ионных каналов требует строгого пространственного разделения отдельных аксонов — отростков нервных клеток. У позвоночных это обеспечивает миелин глиальных клеток. Команда продемонстрировала, что у Drosophila миелиноподобные структуры также формируются вокруг аксонов вблизи участков плазматической мембраны, несущих ионные каналы. Как и у позвоночных, миелин формируется специфическими глиальными клетками и является условием быстрого и точного проведения.

«Мы впервые описали как специализированную организацию потенциал-зависимых ионных каналов, так и структуру миелиноподобных образований у Drosophila, — говорит Кристиан Клэмбт. — Кроме того, мы смогли показать, что глиальные клетки контролируют генетическую активность и позиционирование нейрональных ионных каналов».

Сходства, описанные исследователями между позвоночными и плодовыми мушками, указывают на то, что возникновение кластеров ионных каналов в сочетании с повышенной изоляцией является фундаментальной концепцией в электрической передаче информации.

Эта работа не только помогает понять эволюцию миелина, но и позволяет детальнее исследовать биологию его формирования и регенерации. Это крайне важно в контексте нейродегенеративных заболеваний, таких как рассеянный склероз. До сих пор лечение было сосредоточено на подавлении воспалительной реакции, а эффективное восстановление миелина (ремиелинизация) оказалось невозможным.

«Это означает, что наши выводы помогут в поиске альтернативных методов лечения рассеянного склероза», — отмечает Клэмбт.

В исследовании использовались методы молекулярной генетики в сочетании с современными методами визуализации, включая инновационную электронную микроскопию для маркировки белков и конфокальную микроскопию с высоким разрешением.