Неожиданные функции спинальной локомоторной сети
Исследователи из Каролинского института, Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний (DZNE) и Медицинского центра Колумбийского университета обнаружили неожиданную связь между активностью спинальной локомоторной сети и взрослым нейрогенезом в спинном мозге взрослых рыб данио. Исследование недавно опубликовано в Nature Communications.
С момента первой демонстрации спинальных генераторов центрального паттерна (CPG) в начале 70-х годов активность нейронов, задействованных в этих сетях, рассматривалась только с точки зрения их вклада в локомоцию.
«Теперь мы можем раскрыть непредвиденную, но центральную немоторную функцию спинальных локомоторных нейронов и продемонстрировать, как они динамически регулируют нейрогенез и регенерацию после травмы спинного мозга», — говорит Константинос Ампатзис, исследователь кафедры нейронаук и автор-корреспондент.
Что показало исследование?
«В этом исследовании мы определили прямой вклад спинальных локомоторных нейронов в активацию популяции стволовых клеток спинного мозга — глиальных клеток, способных генерировать новые нейроны у взрослых рыб данио. Таким образом, во время продолжительной локомоции, как мы видим после тренировки, стволовые клетки получают избыточный синаптический вход, что позволяет им выйти из состояния покоя и пролиферировать».
Исследователи выяснили, что ацетилхолин и ГАМК — это два нейротрансмиттера, которые могут напрямую влиять на стволовые клетки в спинном мозге взрослых рыб данио; однако они действуют антагонистически по отношению друг к другу.
«Определить нейроны, обеспечивающие холинергический вход для активации стволовых клеток, было одним из самых неожиданных открытий. Мы обнаружили, что особый тип спинальных локомоторных интернейронов, называемых V2a, входит в число нейронов, связывающих локомоцию и активацию стволовых клеток», — продолжает Константинос Ампатзис.
Как можно использовать эти результаты?
«Общий итог — это всестороннее понимание пластичности и адаптаций (механизмов, структурных изменений), которые развиваются в ответ на физическую активность, и того, как эти адаптивные явления лежат в основе патогенеза после травмы и/или регенерации спинальных сетей. Ожидается, что результаты окажут существенное влияние, поскольку они закладывают основу для разработки новых, более эффективных целевых методов лечения для восстановления спинного мозга после травмы», — объясняет Константинос Ампатзис.
В исследовании использовался набор различных методологий в нейронауках, таких как анатомия, электрофизиология, фармакология и изучение поведения у взрослых рыб данио. В экспериментах исследователи воспользовались экспериментальной доступностью этой модели.
«Эта модель идеальна для таких исследований. У неё анатомически простая нервная система, но обладающая всеми чертами позвоночных. Она обеспечивает беспрецедентный доступ к нейронным цепям у behaving животных и обладает редкой способностью к регенерации после травмы».
Каков следующий шаг?
«Наш следующий шаг — определить тип нейронов, которые рождаются в условиях гомеостаза, тренировки и травмы спинного мозга. Нам необходимо выяснить, заменяют ли новые нейроны существующие или они действуют как дополнения к сетям спинного мозга», — говорит Константинос Ампатзис.