Ученые из МФТИ, совместно с коллегами из Университета Стоуни-Брук (США) и Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (США) выяснили, как делятся в гиппокампе взрослых мышей стволовые клетки, дающие начало нейронам. В отличие от стволовых клеток многих других типов, они не способны поддерживать свою постоянную численность, поэтому с возрастом их у грызунов становится все меньше и меньше, а следовательно, ослабевает и способность гиппокампа производить новые нейроны. Учитывая, что образование нервных клеток в гиппокампе половозрелых грызунов идет намного интенсивнее, чем у половозрелых приматов, вероятность, что человеческий мозг способен хоть сколько-нибудь заметно обновляться, весьма мала. Научная статья по итогам исследования опубликована в журнале Scientific Reports.
Уже достаточно давно установлено, что даже у взрослых млекопитающих в головном мозге есть области, где образуются новые нейроны (это явление называется взрослым нейрогенезом). Они возникают при делении предшественников нервных клеток, возникающих из так называемых нейральных стволовых клеток. У мышей и крыс нейральные стволовые клетки находятся главным образом в гиппокампе и обонятельной луковице — структурах конечного мозга. Нейроны, образовавшиеся там, могут остаться на месте «рождения», а могут мигрировать в другие области мозга и встроиться в уже существующие там сети передачи сигналов.
На основе этих данных появилось предположение, что образование новых нервных клеток в головном мозге можно сделать более интенсивным и таким образом восстановить потерю умственных способностей, вызванную старением или болезнями. Дело в том, что обычно стволовые клетки делятся таким образом, что, несмотря на постоянное перерождение в «конечные», дифференцированные клетки организма, они также вполне успевают эффективно поддерживать свою постоянную численность.
Так происходит потому, что стволовые клетки способны к двум типам деления — симметричному, в результате которого получаются две одинаковые стволовые клетки, и асимметричному, когда одна дочерняя клетка сохраняет свойства стволовой, а другая приобретает свойства предшественника одного из типов дифференцированных клеток (например, эритроцитов). У большинства типов стволовых клеток симметричное деление наблюдается гораздо чаще асимметричного, что дает возможность не только поддержать свою численность, но даже увеличить ее.
До сих пор не было точно установлено, какой тип деления преобладает у нейральных стволовых клеток. Учитывая, что данные о взрослом нейрогенезе даже для одного вида животных часто противоречивы, авторы статьи в Scientific Reports предположили, что среди нейральных стволовых клеток преобладает асимметричное деление: одна дочерняя клетка становится предшественником нейрона, а другая «остается» стволовой.
Проверили это предположение следующим образом. В срезы гиппокампа головного мозга мышей возрастом семь месяцев (пожилые грызуны) ввели вещество, способное встраиваться в делящуюся ДНК, — нуклеотид бромдезоксиуридин (BrdU), флуоресцирующий (светящийся) при определенных условиях. А к гену белка, который образуется только в нейральных стволовых клетках, добавили последовательность, кодирующую зеленый флуоресцентный белок (GFP). Благодаря этим манипуляциям нейральные стволовые клетки стало довольно легко выявить на срезах: их тела и длинные отростки (по одному у каждой) светились оранжевым (благодаря BrdU), а ядра — зеленым (за счет GFP). В то время как клетки-предшественницы нейронов оставались «невидимыми».
При симметричном делении две дочерние стволовые клетки должны находиться рядом. Однако могло быть и так, что «соседствующие» нейральные стволовые клетки являлись потомками двух разных «матерей», размножившихся асимметричным способом. В таком случае их «сестер» — предшественниц нейронов — просто не было видно на срезах.
Чтобы выяснить, имеют ли расположенные парами светящиеся нейральные стволовые клетки общую «мать» (симметричное происхождение), ученые использовали методы статистики. Они сравнивали количество теоретически возможных пар клеток, не приходящихся друг другу родственниками, с реально наблюдаемым. Если число последних превосходило математически предсказанное, то, значит, часть нейральных стволовых клеток образовалась в результате симметричных делений.
Результаты анализа показали, что симметричное деление служит причиной появления всего 10 процентов нейральных стволовых клеток. Из этого следует, что в 90 процентах случаев нейральные стволовые клетки дают начало предшественникам нейронов и не повышают свою численность, а в лучшем случае поддерживают ее. Но если учесть, что часть клеток неизбежно гибнет, то получается, что с возрастом количество нейральных стволовых клеток неуклонно снижается.
Таким образом, по всей видимости, усилить обновление нейронов у взрослых млекопитающих невозможно. И даже если удастся заставить нейральные стволовые клетки делиться чаще, их не станет больше. Напротив, их количество станет падать быстрее, чем это происходит в норме. Однако не стоит забывать, что у различных видов млекопитающих механизмы нейрогенеза могут не совпадать, о чем «Чердак» уже подробно писал. Поэтому вопрос об искусственной стимуляции нейрогенеза и восстановлении нервной системы «своими силами» пока остается открытым.