Астроциты регулируют сигналы нейронов

Согласно данным Национального института здоровья, скорость передачи нейронных сигналов в мозге колеблется для достижения оптимального объема потока информации, необходимого для повседневной деятельности. Результаты, представленные в PNAS, показывают, что клетки мозга (астроциты) изменяют скорость передачи сигналов нейронов, изменяя толщину миелина (изоляционного материала) и ширину зазоров в миелине, называемых узлами Ранвье, которые усиливают сигналы.

Трехмерная реконструкция изображений электронной микроскопии перинодального астроцита (синим), узла Ранвье (серым), компактного миелина (фиолетовым) и слоев миелина, отделяющихся от аксона (коричневым). Фото: NICHD

«Ученые привыкли думать, что миелин не может утончаться, кроме случаев, когда они уничтожаются при демиелинизирующих заболеваниях, таких как рассеянный склероз», – сказал Р. Дуглас Филдс, доктор философии, старший автор и руководитель Секции по развитию нервной системы и гибкости в NIH Eunice Kennedy Shriver Национальный институт здоровья и развития детей (NICHD).

«Наше исследование показывает, что в нормальных условиях миелиновая оболочка и структура узлов Ранвье динамичны даже у взрослых».

Мозг состоит из нейронов, которые имеют расширения, называемые аксонами, которые могут растягиваться на большие расстояния. Аксоны обертываются слоями миелина, которые служат изоляцией для увеличения скорости сигналов, передаваемых нейронами. Промежутки между сегментами миелина называются узлами Ранвье, а количество и ширина этих зазоров также могут регулировать скорость передачи.

«Миелин может располагаться далеко от синапса нейрона, откуда поступают сигналы», – сказал ведущий автор исследования, доктор философии Нифд Дипанкар Дутта. «Мы хотели понять, как миелин и клетки, которые его регулируют, помогают синхронизировать сигналы, поступающие из разных областей мозга».

Исследователи сосредоточили свое внимание на перинодальных астроцитах, которые часто касаются узлов Ранвье по всему мозгу. В экспериментах на мышах и крысах ученые обнаружили, что эти астроциты регулируют молекулы адгезии, которые соединяют миелин с аксонами. Когда эти молекулы разрезаются ферментом тромбином, миелин отделяется от аксона, слой за слоем.

Исследователи блокировали способность перинодальных астроцитов регулировать тромбин и наблюдали более тонкие миелиновые оболочки и более широкие узлы Ранвье. В свою очередь, эти изменения снизили скорость сигналов нейронов примерно на 15%, что было достаточно, чтобы ослабить рефлексы мышей в тесте, основанном на зрении.

Полученные данные показывают, что астроциты, регулируя скорости сигнала, играют важную роль в том, как мозг обрабатывает информацию. Более того, исследователи предполагают, что блокирующий тромбин может помочь стабилизировать миелин. Ингибиторы тромбина уже одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для других целей, и исследовательская группа в настоящее время тестирует свою идею в модели рассеянного склероза на мышах.

Финансирование работы было предоставлено НИЦХД и другими компонентами НИЗ, в том числе Центром информационных технологий, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта и Национальным онкологическим институтом. Дополнительная поддержка была оказана Министерством обороны через Фонд Генри М. Джексона по развитию военной медицины.

Dutta D, Woo DH, Lee PR, Pajevic S, Bukalo O, Huffman WC, Wake H, Basser PJ, Sheikhbahaei S, Lazarevic V, Smith JC, and Fields RD.

Regulation of myelin structure and conduction velocity by perinodal astrocytes. 

PNAS DOI: 10.1073/pnas.1811013115 (2018).