Исследователи из университета Carnegie Mellon обнаружили совершенно новую систему связей между нейронами и синапсами человеческого мозга. Сообщение об этом опубликовано в журнале Current Biology.

Нервные связи в мозге человекаОказалось, что существует целая группа ингибиторных нейронов, выделяющая соматостатин, которая подавляет деятельность соседних с ними возбудительных нейронов. Выяснилось это совершенно случайно. Джоанна Урбан-Сечко (Joanna Urban-Ciecko), проводившая эксперимент с нервными клетками, обнаружила, что синапсы, соединяющие нейроны, ведут себя совершенно не так, как во время предыдущих исследований. Они должны были бы передавать сильный сигнал, разрастаться и реагировать на раздражения, однако, в ее эксперименте ничего этого не наблюдалось.

Отличие эксперимента Урбан-Сечко от других заключалось в том, что она изучала не специально выделенные нервные клетки, а следила за реальной мозговой деятельностью. Тут-то и оказалось, что синапсы и нейроны ведут себя не так, как предполагают ученые. Исследовательница стала искать фактор, изменяющий ситуацию. Для этого она использовала оптогенетику.

С помощью специальных модифицированных клеток, реагирующих на свет, биологи активировали и дезактивировали нейроны, выделяющие соматостатин. Когда они были «выключены», синапсы разрастались и укреплялись, когда нейроны соматостатина начинали действовать, синапсы ослабевали. Оказывается, соматостатин активировал рецепторы, подавлявшие деятельность возбудительных нейронов, которые теряли способность создавать и укреплять синапсы и становились таким образом невидимыми для исследователей.

Ученые сравнили этот механизм с «устройством невидимости» из сериала Star Trek (т.е. «Звездный путь»), которое прячет космический корабль от вражеских локаторов.

Биологи, конечно, не ведут войну с человеческим мозгом, но теперь выявить все существующие в мозгу нейронные связи будет куда сложнее, чем это казалось раньше. Это придется, в частности, учесть сотрудникам Human Connectome Project, пытающимся составить подробную схему всех нервных связей и облегчить таким образом исследование мозга.

Истчоник: Научная Россия

О прионах принято говорить как о безусловном зле: эти белки, склонные принимать альтернативные пространственные формы, вызывают тяжелейшие и неизлечимые неврологические заболевания, которые неизбежно ведут к смерти. Хотя классические прионные болезни среди людей не так уж распространены, у человека есть нейродегенеративные заболевания вроде синдрома Альцгеймера, которые развиваются схожим образом.

Нейроны гиппокампа мыши (фото UoB University Graduate School).Однако мало кто задумывался о том, зачем вообще нужны прионы. Ведь гены этих белков есть в здоровых клетках, и выполняют они, наверное, какие-то полезные функции. Нормальная, непатогенная версия прионного белка есть во всех клетках; известно, например, что в нервной системе здоровый прионный белок помогает поддерживать миелиновую оболочку на нейронах. Но сильнее всего исследователей заинтересовало то, что один из прионов, белок PrP, особенно обильно присутствует в самих нейронах, причём в то время, когда мозг ещё развивается. Нормальный PrP обычно прикреплён к клеточной мембране, и можно было бы предположить, что он как-то влияет на общение нейрона с другими клетками.

Оказалось, что прионный белок принимает самое непосредственное участие в управлении синаптической пластичностью, то есть в укреплении и в ослаблении синапсов между нейронами.

Исследователи из Политехнического университета Марке (Италия) сравнили, как реагируют нейроны гиппокампа мышей на раздражение, если ген приона работает нормально или же выключен. Эксперименты показали, что если нейрон активен вместе с остальными, то у него укрепляется связь с другими клетками, то есть нейронная цепь становится в целом прочнее. В этом нет ничего удивительного: опыты ставили на молодых животных, у которых нервные цепи, особенно в центре памяти (гиппокампе), находятся ещё в процессе становления. Любопытно было другое: такое укрепление синапсов имело место только при работающем гене приона. Без прионного белка связи между нейронами слабели.

Дальнейшие опыты показали, что PrP связан с протеинкиназой А: этот фермент принимает непосредственное участие в укреплении синапсов. Если же PrP отсутствовал, в дело вступал другой фермент, протеинлипаза С, который ослаблял контакты между нейронами. Таким образом, выяснилось, что прион необходим для процессов обучения и запоминания: без него просто не сформируются нейронные цепи для хранения информации. Полностью результаты экспериментов описаны в Journal of Neuroscience.

Исследователи полагают, что прион нужен не только в гиппокампе, но и в других отделах мозга, где он также помогает устанавливать новые синапсы, и что он может заниматься этим не только у молодых животных, но и взрослых. Скорее всего, наличие или отсутствие этого белка может сильно сказываться на поведении, но чтобы установить это доподлинно, понадобятся новые эксперименты.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Нейрон не представляет собой ничего особенного, если он не соединён с другим нейроном через особое межклеточное соединение — синапс. Образование синапсов зависит от множества генов, которые включаются в ответ на определённый раздражитель — к примеру, звуковой или зрительный. То есть, грубо говоря, когда нейрон возбуждается, когда ему нужно передать какую-то информацию по определённому адресу, тогда активируются некие гены и строят синаптический контакт.

Межнейронный синапс; видны пузырьки с нейромедиатором в передающем нейроне. (Фото Dennis Kunkel Microscopy.)Лаборатория профессора Антона Максимова из Института Скриппса (США) давно занимается изучением регуляции таких синаптических генов. Исследователям удалось найти ряд транскрипционных факторов , которые управляют синтезом РНК в зависимости от синаптических потребностей нейронов. Многие из них начинают работу ещё до рождения и отвечают за формирование нейронных цепей в растущем мозгу. Однако некоторые гены молчат до тех пор, пока индивидуум не родится на свет и не получит первую порцию сенсорных раздражителей.

Как именно происходит такое послеродовое пробуждение генов, учёные долгое время не знали. Однако некоторое время назад им пришло в голову заняться белком HDAC4, относящимся к семейству гистоновых деацетилаз класса IIа. Эти белки участвуют в эпигенетической регуляции активности генов, регулируя плотность упаковки ДНК через модификации гистонов . Известно также, что эти ферменты способны переходить в ядро из цитоплазмы и обратно. Исследователи решили посмотреть, как эти белки будут вести себя в нейронах.

Оказалось, что HDAC4 напрямую участвует в регуляции появления синапсов: в ответ на возбуждение нервной клетки белок покидал ДНК и переходил в цитоплазму, что сопровождалось активацией синаптических генов. Свои догадки исследователи подтвердили, получив мышей, у которых HDAC4 был мутирован и не мог покидать ядро. (В статье, опубликованной в Cell , авторы сообщают, что просто «вырубить» этот ген они не могли: HDAC4 необходим, чтобы тормозить апоптоз в нейронах, и без него среди нервных клеток начинается эпидемия самоубийств.) С таким белком у мышей не образовывались синапсы, что отражалось на работе мозга и поведении: животные хуже обучались и плохо помнили выученное. Как замечают учёные, их выводы подтверждаются данными о том, что некоторые формы умственной отсталости у человека как раз сопровождаются мутациями в HDAC4.

Обобщая, можно сказать, что удалось найти эпигенетический переключатель, который отвечает за формирование синапсов в ответ на информационные потребности нейрона. Потенциально этот белок может оказаться в центре внимания врачей как инструмент в лечении самых разных умственных расстройств.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА