Прогресс, которого достигает ребенок в первый год жизни, поразителен: новорожденный может только беспорядочно махать руками и ногами, но не так долго после того, как ребенок может протянуть руку и подобрать крошку с ковра. Что происходит в нервной системе, благодаря чему происходит переход от случайного покачивания к точно скоординированному движению? Ученые из Института нейробиологии Макса Планка в Мартинсриде недалеко от Мюнхена, работая с коллегами из Нью-Йорка и Филадельфии, описали новый тип нервных клеток у мышей, который дает ценную информацию об этом феномене развития. Во время эмбрионального развития отростки этих клеток растут от спинного мозга к головному мозгу. Они могут проложить путь другим нервным клеткам, которые контролируют произвольные движения и которые растут из головного мозга в спинной мозг только после рождения.
Когда мы протягиваем руку к объекту или запихиваем ногу в сапог, наши движения координируются и контролируются мозгом. Для того, чтобы это было возможно, в мозгу должен быть нейронный путь для передачи инструкций, например, стопе; а также в обратном направлении, чтобы стимулы из окружающей стопы передавались обратно в мозг. Такие нервные пути образуются, когда отростки (аксоны) вырастают из нервных клеток во время развития. В зависимости от организма и подключаемой части тела аксоны могут вырасти до многих сантиметров в длину. Рюдигер Кляйн и его команда из Института нейробиологии Макса Планка исследуют, как аксоны перемещаются по телу и какие молекулы играют роль в поиске пути. В частности, ученые сосредоточили свое внимание на сигнальных молекулах, известных как эфрины, и их партнерах по связыванию, рецепторах Eph. Рецепторы эфринов и Eph расположены, среди прочего, на поверхности нервных клеток и помогают растущим клеткам найти свой путь и найти свои партнерские клетки.
Некоторое время назад Рюдигер Кляйн и его команда обнаружили у мышей, что эфрины и рецепторы Eph играют ключевую роль в развитии нейронных сетей, которые контролируют наши движения. Нейробиологи смогли продемонстрировать, что система эфрин / Eph направляет нервные клетки, которые после рождения отправляют свои аксоны из головного мозга в спинной мозг и направляют произвольные движения в руках и ногах. В своих исследованиях аксонов, которые идут в противоположном направлении, а именно из спинного мозга в мозг, исследователи обнаружили новый тип клеток, который также содержит рецепторы Eph. "Именно там, где «нисходящие» аксоны росли, мы обнаружили «восходящие» аксоны, идущие параллельно", говорит Рюдигер Кляйн. "Это, очевидно, вызвало у нас вопрос о том, как этот параллельный рост контролируется во время разработки."
Последующие исследования нейробиологов обнаружили нечто удивительное: в отличие от известных клеток восходящие аксоны нового типа клеток росли не только после рождения, а уже во время эмбрионального развития. Более того, их рост направлялся той же системой передачи сигналов эфрин / Eph, которая участвует в росте нисходящих аксонов. "Казалось бы, во время эмбрионального развития восходящие аксоны будут «предварительно просверливать» канал для нисходящих аксонов, которые не вырастают до тех пор, пока не появятся на свет", объясняет Рюдигер Кляйн.
Дальнейшие исследования новых восходящих нервных клеток показали, что они получают информацию от специализированных, чувствительных к прикосновению клеток. Таким образом, здесь может быть задействована новая система обратной связи: произвольные движения уточняются сигналами от сенсорных клеток, поэтому предполагаемое движение адаптируется к окружающей среде, и ваша нога скользит в ботинок. "Что нас удивило, так это то, что одна и та же система наведения направляет как нисходящие, так и восходящие аксоны", говорит Кляйн. "Это прекрасный пример того, как можно построить очень сложную нервную систему, гибко используя отдельные молекулы и, следовательно, небольшое количество генов." Следующая задача ученых – выяснить, существует ли на самом деле подозреваемая система обратной связи.е. связаны ли восходящие и нисходящие клетки через синапсы. Их цель – шаг за шагом распутывать процессы развития, которые позволяют мозгу координировать последовательность движений.