Микроглия является резидентскими охранниками мозга, следя за органом для ущерба и затем ползая на место раны для охватывания мертвых нейронов. Точно то, как они обнаруживают проблемы, было неясно, но исследователи теперь показывают, что они отвечают на сигнал SOS от умирающих клеток, передающийся всюду по мозгу.
Открытие может иметь последствия для лечения болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний.Исследование основывается на предыдущей работе у данио-рерио. Биолог развития Франческа Пери из европейской Лаборатории Молекулярной биологии в Гейдельберге, Германия и коллегах создала генетически спроектированные версии животных, произведших микроглию, маркированную зеленым флуоресцентным протеином, пылающий состав, часто используемый в лабораторном исследовании. Эмбрионы данио-рерио имеют прозрачные мозги, позволившие Пери и ее бригаде отслеживать микроглию в режиме реального времени под микроскопом.
В 2008 исследователи сообщили, что эмбриональный мозг данио-рерио патрулируется приблизительно 20 из клеток.Другие исследователи показали, что способность микроглии охватить мертвые нейроны зависит от аденозинового трифосфата (ATP), вездесущий источник энергии и сигнальная молекула, выпущенная от поврежденных клеток.
Но ATP быстро ухудшена, будучи освобожденным от клеток и не может действовать как разносторонний сигнал.В новом исследовании Пери и ее коллеги использовали лазеры для разрушения небольших чисел нейронов у генетически модифицированного данио-рерио. В ответ вся микроглия мигрировала на место раны, предполагая, что они действительно привлечены разносторонним сигналом. Но каково это могло быть?
В движении. Наблюдайте, что микроглия мигрирует на место раны для чистки сотовых развалин.Кредит: Пери EMBL/FrancescaБольше научных видео новостей
Дальнейшие эксперименты показали, что поврежденные клетки инициируют волну поднятой концентрации иона кальция, путешествующей через мозг, и что микроглия только начинает мигрировать, когда волна достигает их. Волна несется по мозгу приблизительно в 14 микрометрах в секунду; поворот микроглии их подобные пальцу придатки в направлении волны и затем начинает мигрировать к месту раны в течение одной минуты.
Распространение волны было связано вплоть до ущерба, так уничтожение меньшего количества клеток произвело меньшую волну, обнаружимую только микроглией в непосредственной близости. Добавление препарата, заблокировавшего кальциевую волну, препятствовало тому, чтобы микроглия мигрировала на место раны, отчеты бригады сегодня в Клетке Развития.
В заключительном наборе экспериментов исследователи показали, что кальциевые волны сгенерированы нейромедиатором, названным глутаматом, выпущенным от поврежденных клеток. Глутамат активизирует рецепторы на соседних клетках, заставляя их размножить волну и выпустить ATP.
Микроглиальные клетки могут работать со сбоями при нейродегенеративных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера, и существуют некоторые доказательства, что они ухудшают ущерб, нанесенный ударом. Новые результаты, говорит Пери, вовлеките кальциевые волны, поскольку потенциал предназначается для медикаментозного лечения. Препарат мог остановить микроглию в течение их следов, например, или изменить маршрут их миграции.
Результаты обеспечивают «убедительное объяснение того, как умирающие нейроны привлекают микроглию», говорит Франк Кирхгофф, физиолог глии в университете Саара в Мужской фетровой шляпе, Германия, кто не был вовлечен в исследование. Он предостерегает, однако, что эксперименты должны быть повторены у млекопитающих.
Однако, говорит нейрофизиолог Алексей Верхрацкий из Манчестерского университета в Соединенном Королевстве, микроглиальный ответ на травму головного мозга у данио-рерио «поразительно подобен тому из млекопитающих», предполагая это, какой Пери и ее наблюдаемая бригада применимы к людям.Кирхгофф скептичен, однако, что кальциевая волна могла быть целью препарата.
Кальций является «разнородным» сигналом, используемым всеми клетками для большого разнообразия процессов, он отмечает, и таким образом наркотики, предназначающиеся для него, могли иметь главные побочные эффекты. И несмотря на полезность модели данио-рерио для того, чтобы разузнать, как работа микроглии, исследователи препарата оказываются перед необходимостью смотреть в другом месте, говорит Верхрацкий». [Они] ограничены как модель болезни, потому что нейродегенерация не появляется у рыбы."