Герд Кемперманн - Революция в голове. Как новые нервные клетки омолаживают мозг

С годами из исследований на мышах и крысах стало понятно, как именно развиваются нейроны во взрослом мозге. Чтобы выяснить, какие из так называемых маркеров, по выражению ученых, «экспрессируются» (синтезируются) в процессе нейрогенеза взрослых, помимо методической сноровки и терпеливости, требовалась сила воображения: на основании статичной картины, которую дает зафиксированный препарат ткани под микроскопом, нужно было определить процесс для использования в эксперименте. Маркеры – это особые молекулы, чаще всего белки (протеины), которые позволяют идентифицировать клетку или какое-то ее конкретное состояние. В ходе развития синтезируются самые разнообразные комбинации маркеров. Белки на каждой стадии и в каждом состоянии клетки выполняют узкоспециализированные функции. Из состава белков и их комбинаций можно сделать самые точные, детальные выводы.

Так, стволовые клетки, с которых начинается процесс клеточного развития, характеризуются работой определенных генов, именуемых генами стволовых клеток. Благодаря им такие клетки остаются недифференцированными, сохраняя возможность дальнейшего развития по любому пути [10] Стволовые клетки – недифференцированные клетки, которые способны делиться, образуя новые стволовые клетки, и дифференцироваться, то есть приобретать специализированный фенотип, позволяющий выполнять специализированные функции, например нейрональные. Дифференциация является в большинстве случаев однонаправленным процессом. Клетки поэтапно теряют возможность (потентность) к превращению в другие типы клеток. Оплодотворенная яйцеклетка и образующиеся в ходе ее первых делений бластомеры наименее дифференцированы и могут образовывать все ткани как самого эмбриона, так и трофобласта (необходимого для имплантации и формирования плаценты). Такие клетки называют тотипотентными. По мере дальнейшей специализации возможности формирования разных типов клеток сильно ограничиваются. Плюрипотентные клетки эмбриона уже не способны сформировать ткани плаценты, мультипотентные могут формировать только клетки определенного набора тканей, олигопотентные специализируются лишь в близкие по свойствам клетки, а унипотентные, называемые также клетками-предшественницами, могут дифференцироваться исключительно в какой-то один тип клеток. . Примеры таких генов – Sox2 и нестин. Кстати, в качестве названий генов используют странные обозначения, иногда совершенно фантастические, а иногда очень техничные; их часто употребляют в виде сокращений и аббревиатур. На самом деле это всего лишь названия, и не следует слишком задумываться об их возможных буквальных значениях. Как правило, они складываются исторически и часто сохраняются, даже если оказалось, что, помимо локализации или функции, давших гену имя, существует большое количество другой важной информации о нем или что они вообще определены неверно. Такие названия нужно воспринимать просто как обозначения, не следует пытаться интерпретировать их. Sox2 означает «SRY-box-containing gene 2» (ген, содержащий SRY-бокс 2), а SRY, в свою очередь, – это «sex-determining region Y» (определяющий пол регион Y). Даже для тех, кто постоянно имеет дело с данным геном и белком, который он кодирует, его название перестало быть интуитивно понятным или стало совершенно нечитаемым; при этом оно вообще не содержит никакого указания на то, что речь идет о важнейшем гене стволовых клеток.

Стволовые клетки предрасположены к делению, поэтому в них можно найти множество белков, связанных с этим процессом и с клеточным циклом. Готовому же нейрону они, как и множество другого белкового строительного материала, уже не нужны (даже если учесть, что некоторые белки ведут себя коварно и в зависимости от момента времени и от ситуации выполняют совершенно различные функции). В отличие от делящейся стволовой клетки, нейрон содержит все те белки, которые требуются, чтобы перерабатывать и передавать дальше электрическое возбуждение и выделять нейромедиаторы – они обеспечивают связь с соседней нервной клеткой. Клетка крови обладает иными свойствами, чем мышечная или костная, и, соответственно, каждой из них понадобится свой собственный набор всевозможных молекул; то же самое можно сказать о клетках одного и того же типа, но находящихся на разных этапах развития. Чтобы превратиться в нейрон, стволовая клетка проходит длинный путь, при этом ее свойства неоднократно коренным образом изменяются. По мере развития она все меньше становится похожа на стволовую клетку и все больше на нервную. Это сложный процесс, он подчиняется жесткой генетической программе. Поскольку здесь все очень четко определено, исследование белков, содержащихся в клетке, позволяет получить огромное количество информации.

Исследуя нейрогенез взрослых у мышей и крыс, ученые установили, что при образовании новых нервных клеток всегда присутствует белок под названием даблкортин, сокращенно DCX. Он синтезируется в течение некоторого времени, когда клетка выходит из фазы стволовой и начинается созревание нейрона. Этот белок, вероятно, играет некоторую роль в миграции клеток к месту назначения [11] Жестко заданная форма и возможность миграции (движения) клетки взаимно исключают друг друга. Поэтому для осуществления миграции цитоскелет должен быть определенным образом дестабилизирован. См. также: Moon H.M., Wynshaw-Boris A. (2013, March – April). Cytoskeleton in action: lissencephaly, a neuronal migration disorder // Wiley Interdisciplinary Reviews: Developmental Biology, 2 (2). P. 229–245. ** Слово «даблкортин» образовано от англ. «double» – «двойной» и «cortex» – «кора». – Примеч. перев. . Он иногда описывается как своего рода дестабилизатор внутреннего скелета клетки («цитоскелета»). Цитоскелет обеспечивает относительную жесткость и помогает сохранять форму клетки. Если ген DCX в результате мутации не работает, в процессе развития коры нарушается миграция нейронов и возникает аномальное расслоение, «двойная кора», с которой и связано название белка [12] * Расшифровывается как «нейрональный ядерный антиген». – Примеч. перев. . В мозге взрослых особей DCX, вообще-то, встречается далеко не только в новых нейронах, но в «зонах нейрогенеза» он совершенно определенно связан с ними.

В результате DCX стали регулярно использовать как своего рода косвенный маркер нейрогенеза.

Это относительно надежно (хотя нельзя сказать, что всегда точно), а поскольку способов подтвердить наличие нейрогенеза взрослых у человека довольно мало, вскоре стали появляться многочисленные работы, в которых из присутствия в человеческом мозге DCX-положительных клеток исследователи делали порой очень глубокие выводы относительно данного процесса – например, что он может быть ослаблен при шизофрении. Здесь ученые попали в порочный круг, поскольку тогда еще не было подтверждено, что DCX в предполагаемых зонах нейрогенеза у человека обладает той же спецификой, что у мышей и крыс: для этого потребовалось бы как раз то самое доказательство, которое пытались обойти с помощью DCX как косвенного маркера (см. рис. 6 на вклейке) [15].