Образование и дифференциация новых нейронов
Первую догму сформулировал еще в 1913 г. Рамон-и-Кахаль: "Во взрослых центрах нервные пути - это нечто фиксированное, законченное и неизменное. Все может умереть, ничто не может регенерировать [ Lowenstein, ea 1999 ]. В классическом руководстве по биологии клетки конкретизировано: "образование нейронов ... подчиняется трем основным правилам: 1) зрелые нейроны не делятся; 2) после образования полного комплекта нейронов, свойственного взрослой особи, не остается никаких стволовых клеток, способных производить новые нейроны ... число нейронов в дальнейшем может меняться только в сторону уменьшения в результате отмирания клеток" [ Албертс ea 1994 ]. В последнем отечественном руководстве по гистологии указано столь же однозначно, как и 84 года назад: "Ни при каких условиях in vivo они [нейроны] не способны к пролиферации и обновлению... В постнатальном онтогенезе не происходит образования новых нейронов. Следовательно, погибшие нейроны не восстанавливаются [ Улугбеков Э.Г, 1997 ].
Однако сейчас ситуация изменилась. В этапном обзоре Мак-Кея [ Mc Kay, ea 1997 ] проблема развития головного мозга млекопитающих по техническим трудностям сопоставляется с проблемой определения путей метаболизма: "надо очистить предшествующие типы клеток и определить их переходы в дифференцированные потомки. В эмбриогенезе клетки нейроэпителия до начала нейрогенеза можно распознать по промежуточному нейрофиламенту нестину . Нейрогенез в эмбриональном головном мозге как in vivo, так и в тканевой культуре происходит по пути НСК -> прогениторы (предки) -> предшественники (прекурсоры) -> зрелые нейроны, астроциты и олигодендроциты, при этом промежуточные клетки нуждаются в идентификации. Важными регуляторами этих процессов и развития центральной нервной системы являются многочисленные нейротрофические факторы: BDNF , СNTF , GDNF , NT3 и NT4/5 и нейргурин ; факторы роста клеток широкого действия: EGF , aFGF , bFGF , PDGF , TGF-b ; иодтиронина [ Mc Kay, ea 1997 , Dunnet, ea 1999 ].
Иммортализованные онкогеном нейроэпителиальные стволовые клетки активно дифференцируются в нейроны при пересадке в развивающийся или взрослый головной мозг [ Mc Kay, ea 1997 ]. Осенью 1998 г. в лабораториях Снайдера и Мак-Кея показано, что одиночная клетка мозга абортированных плодов человека в культуре дает клон идентичных клеток; при их пересадке в развивающийся мозг мыши или крысы образуются макроглия и ряд типов нейронов, которые соединяются с клетками хозяина с формированием различных видов мозговой ткани [ Barinaga, ea 1998 ]. Еще в 60-е годы было обнаружено, что и у взрослых крыс образуются новые нейроны в гиппокампе и обонятельной луковице , в 80-е годы появились положительные данные на птицах [ Gould, ea 1999 , Lowenstein, ea 1999 , Barinaga, ea 1998 ]. Но это не получило общего признания [ Албертс ea 1994 , Улугбеков Э.Г, 1997 ], тем более что у макак-резус результаты вначале были отрицательными [ Gould, ea 1999 ]. Однако в 90-е годы твердо установлено, что во взрослом головном мозге крыс, мышей и древесных землероек есть клетки-прогениторы и так же, как и эмбриональные, они in vivo и в тканевой культуре делятся и дифференцируются в два вида макроглии и нейроны с характерными для них морфологическими, нейрофизиологическими и биохимическими особенностями, в том числе обычными ответами на внеклеточные лиганды. Следовательно, эти ранние прогениторы обладают основными признаками стволовых клеток - полипотентностью и самообновлением, поэтому их именуют НСК [ Mc Kay, ea 1997 , Gould, ea 1999 , Lowenstein, ea 1999 , Barinaga, ea 1998 , Editorial ea 1998 , Alvarez-Buylla, ea 1998 , Gage, ea 1998 , Johansson, ea 1999 , Bjorklund, ea 1999 , Gould, ea 1998 ].
В 1998-99 гг. это было полностью подтверждено на обезьянах мартышках и макаках [ Gould, ea 1999 , Gould, ea 1998 ] и на людях [ Barinaga, ea 1998 ]. Нейрогенез и во взрослом головном мозге происходит по пути НСК -> прогениторы -> предшественники -> зрелые нейроны, астро-и олигодендроциты. Зрелые центральные нейроны экспрессируют разнообразные молекулы, необходимые для образования нейрональных сетей: факторы роста, аксон-регулирующие молекулы, эмбриональные формы молекул клеточной адгезии и белки, детерминирующие развитие. Это свидетельствует о возможности ремоделирования нервных сетей в зрелом мозге [ Lowenstein, ea 1999 ]. Новообразование и дифференциация нейронов зубчатой извилины гиппокампа и обонятельной луковицы доказаны при помощи введения в головной мозг специальных маркеров - бромдезоксиуридина [ Barinaga, ea 1998 , Editorial ea 1998 , Gage, ea 1998 ] и ретровирусного вектора [ Johansson, ea 1999 ], которые, как известно, метят только делящиеся клетки и их потомки. Введение с интервалами после бромдезоксиуридина метки зрелых нейронов NeuN позволяет по двойному окрашиванию выявить нейроны, возникшие в результате деления прогенитора [ Editorial ea 1998 , Gage, ea 1998 , Gould, ea 1998 ]. В 1999 г. НСК мыши были идентифицированы как клетки эпендимы желудочка головного мозга - дифференцированные постмитотические клетки, которые в состоянии покоя делятся очень редко (только две в головном мозге мыши) и образуют при этом прогениторы, мигрирующие в субвентрикулярную зону [ Johansson, ea 1999 ]. Наличие именно в этой зоне прогениторов, способных относительно быстро пролиферировать с переходом в нейроны, астроциты и олигодендроциты (5- 10 тысяч клеток/ч [ Alvarez-Buylla, ea 1998 ]), установлено четко [ Mc Kay, ea 1997 , Bjorklund, ea 1999 ]. Есть данные, что нервные клетки со свойствами стволовых обнаружены и в более глубоких частях мозга [ Gage, ea 1998 ], но их природа еще не ясна. В октябре 1999 г. установлено, что образовавшиеся в субвентрикулярной зоне клетки мигрируют через белое вещество не только в обонятельный мозг , но и в префронтальную, нижнюю височную и заднюю теменную зоны новой коры макак (но не в стриатную кору), где они дифференцируются в зрелые нейроны и образуют аксоны [ Gould, ea 1999 ]. Это было доказано сочетанием введения бромдезоксиуридина и клеточно-специфических иммуногистохимических маркеров для зрелых нейронов ( NeuN , нейрон-специфичной енолазы и микротубуло-ассоциированного белка-2 ), маркеры незрелых нейронов ( ТОАD-64 ) и маркеры астроглии ( глиальный фибриллярный кислый белок ). Нейрогенез в ассоциативной новой коре головного мозга (но не в первичной сенсорной коре) может способствовать ее важной функции - обучению , памяти и поведенческой пластичности [ Gould, ea 1999 ]. В отличие от эмбриогенеза, большинство НСК зрелого головного и спинного мозга является "спящим" в ожидании активирующего стимула [ Lowenstein, ea 1999 , Bjorklund, ea 1999 ]. Но нейрогенез в обонятельном мозге значительно ускоряется in vitro при добавлении FGF-2 и EGF и in vivo под влиянием стимулирующего окружения у взрослых и даже старых мышей [ Editorial ea 1998 , Gage, ea 1998 , Johansson, ea 1999 , Bjorklund, ea 1999 ], при инсульте, локальной инъекции токсина и повреждении спинного мозга у крыс [ Lowenstein, ea 1999 , Bjorklund, ea 1999 ]. Прогениторы мигрируют в зону повреждения, где дифференцируются в нейроны, олигидендроциты и астроциты [ Lowenstein, ea 1999 ]. Наоборот, стресс (подсадка обезьяны-самца на 1 ч в клетку к другому взрослому самцу) тормозит образование новых нейронов [ Gould, ea 1998 ]. Это, очевидно, связано с усиленным выделением глюкокортикостероидов . Многие нейротрофические факторы спасают нейроны после токсического, механического и ишемического повреждения как в эксперименте, так и в клинике [ Dunnet, ea 1999 , Dore, ea 1997 ], а высокие концентрации bFGF и/или EGF вызывают накопление предшественников нейронов [ Dunnet, ea 1999 ]. Наибольший интерес представляют прямые исследования на людях . Далее см. Образование и дифференциация новых нейронов: исследования на людях
Смотрите также:
