Когда музыка становится несогласованной и у человека диагностируется заболевание мозга, ученые обычно обращаются к синапсам между нейронами, чтобы определить, что пошло не так. Но новое исследование нейробиологов из Университета Дьюка предполагает, что было бы полезнее взглянуть на дирижера оркестра в белых перчатках – астроцита.
Астроциты – это звездчатые клетки, которые образуют клейкий каркас мозга. Это один из видов клеток, который называется глия, что в переводе с греческого означает «клей».«Ранее было обнаружено, что они участвуют в управлении возбуждающими синапсами, команда ученых Duke также обнаружила, что астроциты участвуют в регулировании тормозных синапсов, связываясь с нейронами через молекулу адгезии, называемую NrCAM.
Астроциты протягивают тонкие тонкие щупальца к тормозному синапсу, и когда они соприкасаются, адгезия формируется NrCAM. Их результаты были опубликованы в журнале Nature 11 ноября.
«Мы действительно обнаружили, что астроциты являются проводниками, которые организуют ноты, составляющие музыку мозга», – сказал Скотт Содерлинг, доктор философии, заведующий кафедрой клеточной биологии Медицинской школы и старший автор статьи.
Возбуждающие синапсы – ускоритель мозга – и тормозящие синапсы – тормоза мозга – ранее считались наиболее важными инструментами в мозге.
Слишком сильное возбуждение может привести к эпилепсии, слишком сильное торможение может привести к шизофрении, а дисбаланс в любом случае может привести к аутизму.
Однако это исследование показывает, что астроциты играют важную роль в общей функции мозга и могут быть важными мишенями для терапии мозга, сказал соавтор исследования Кагла Эроглу, доктор философии, доцент кафедры клеточной биологии и нейробиологии в Школе медицины. Эроглу – мировой эксперт по астроцитам, и ее лаборатория обнаружила, как астроциты отправляют свои щупальца и соединяются с синапсами в 2017 году.
«В большинстве случаев исследования, изучающие молекулярные аспекты развития мозга и болезни, изучают функцию генов или молекулярную функцию в нейронах, или они рассматривают только нейроны как первичные пораженные клетки», – сказал Эроглу. «Однако здесь мы смогли показать, что, просто изменив взаимодействие между астроцитами и нейронами – в частности, манипулируя астроцитами – мы также смогли кардинально изменить проводку нейронов."
Содерлинг и Эроглу часто сотрудничают в области науки, и они обсудили план проекта за кофе и выпечкой. План состоял в том, чтобы применить протеомный метод, разработанный в лаборатории Содерлинга, который в дальнейшем развил его научный сотрудник Тецуя Такано, ведущий автор статьи.
Такано разработал новый метод, который позволил ученым использовать вирус для введения фермента в мозг мыши, который маркирует белки, соединяющие астроциты и нейроны.
После маркировки этой меткой ученые могли извлекать меченые белки из ткани мозга и использовать масс-спектрометрическое оборудование Duke для идентификации молекулы адгезии NrCAM.
Затем Такано объединился с Кэти Болдуин, научным сотрудником лаборатории Эроглу, чтобы провести тесты, чтобы определить, как молекула адгезии NrCAM играет роль в связи между астроцитами и тормозными синапсами. Вместе лаборатории обнаружили, что NrCAM является недостающим звеном, которое контролирует, как астроциты влияют на тормозные синапсы, демонстрируя, что они влияют на все «ноты» мозга.
«Нам очень повезло, что у нас были действительно слаженные члены команды», – сказал Эроглу. "Они очень много работали и были открыты для безумных идей. Я бы назвал это безумной идеей."
Проект финансировался Инициативой NIH BRAIN, Национальным институтом по борьбе со злоупотреблением наркотиками, Премией Канна в области нейротехнологий, Мемориальным фондом Уэхара и Японским обществом содействия науке.