На відміну від активних процесів росту під час ембріонального розвитку, вважалося незаперечним, що пошкоджені аксони ділянок центральної нервової системи дорослої людини не здатні регенерувати. У нещодавньому дослідженні, проведеному науковими співробітниками Німецького центру нейродегенеративних захворювань у Бонні (German Center for Neurodegenerative Diseases, Bonn), Німеччина, визначено групу протеїнів, які зумовлюють регенерацію ушкоджених нервових клітин. Висновки дослідження опубліковано в журналі «Neuron» 7 серпня 2019 р.
Потенціал юних нейронів
Донині загальновизнаним вважалося, що в нейронах центральної нервової системи здатність до росту пригнічується після встановлення зв’язків із клітинами-мішенями та формування міжнейронних синапсів. Однак останні дані свідчать про те, що зрілі аксони не втрачають потенціалу росту та відновлення після пошкоджень, подібно до юних нейронів. Базові механізми цього процесу висвітлено у лабораторних дослідженнях групи вчених Німецького центру нейродегенеративних захворювань під керівництвом професора Франка Бредке (Frank Bradke) та їх колег із Боннського університету (University of Bonn), Німеччина.
Пояснюючи основну ідею роботи, Ф. Бредке зазначив, що насправді процеси регенерації зрілих нейроклітин мають ряд вагомих відмінностей. Адже раніше вважалося незаперечним, що нейрони демонструють активний ріст лише на етапах ембріонального розвитку, натомість, зрілі клітини зазвичай не ростуть, а їх потенціал відновлення фізіологічно блокований. Однак результати проведеного дослідження спростували попередні уявлення, вказуючи на те, що зрілі нейрони все ж зберігають здатність до росту та регенерації, всупереч загальному пригніченню росту цих клітин. Зокрема, Ф. Бредке та його колеги виявили, що певні протеїни, які виступають активаторами росту юних нейронів, мають вирішальне значення у цих процесах. Зазначені білки, за словами нейробіологів, є головними регуляторами росту незалежно від стадії розвитку нервових клітин, вони впливають на підтримувальну структуру клітини і таким чином виступають тригерами динамічних процесів, які є передумовою для росту та регенерації.
Специфіка кофіліну — представника актиндеполімеризуючих факторів
Дійсно, активні процеси росту нейронів спостерігаються на етапі їх ембріонального розвитку. В подальшому ж лише нейрони периферичних відділів нервової системи зберігають виражену здатність регенерувати у відповідь на травматичні пошкодження. Протягом останніх років описано різні чинники, які впливають на ріст нейронів. Відносно окремих з них, а саме кофіліну родини актин-деполімеризуючих факторів, продемонстровано унікальну роль у поетапному формуванні аксонів під час ембріонального розвитку організму. В наступному дослідженні німецькими вченими доведено, що саме ці протеїни за певних умов здатні стимулювати ріст та регенерацію, зокрема і в зрілих аксонах.
Молекулярні механізми аксональної регенерації, зумовленої кофіліном
У ході представленого дослідження авторами вивчено потенціал повторної ініціації аксонального відновлення після пошкодження шляхом реактивації молекулярних механізмів, які спрямовують процеси морфогенетичної трансформації нейронів під час їх розвитку. Експерименти з генетичним виключенням та підсиленням функціональної здатності у супроводі покрокової мікроскопії, візуалізації in vivo та комплексного аналізу досліджуваних показників продемонстрували, що регенерація аксонів стимулюється процесами реструктуризації актину. Зокрема встановлено, що актин-деполімеризуючий фактор (actin depolymerizing factor — ADF) — кофілін (cofilin) — є механізмом контролю метаболічних перетворень актину в підтримці регенерації аксонів після пошкоджень спинного мозку завдяки здатності до реструктуризації актину.
Таким чином, ріст та регенерація нейронів стимулюється динамікою актинових філаментів. Зазначені молекули формують молекулярний каркас, який надає клітині форму та стабільність. Вплив кофіліну — протеїну родини актин-деполімеризуючий факторів — сприяє частковому розчиненню цього молекулярного каркаса. Лише в результаті такого розпаду структура клітини може змінюватися, і завдяки цьому розблоковується здатність нейронального росту та відновлення. Описане, на думку вчених, визначає роль актин-деполімеризуючого фактора як провідного регулятора здатності аксонів до росту незалежно від стадії онтогенезу.
Описані процеси дослідники спостерігали в експерименті на лабораторних тваринах, вивчаючи зміни нервових клітин гангліїв дорсальних корінців. Нервові клітини зазначеної локалізації мають центральний та периферичний аксон. Раніше було відомо, що периферичний аксон може регенерувати після пошкодження. При цьому центральний аксон також здатен до відновлення, однак лише за умови попереднього пошкодження його периферичного аналогу. Донині лишається невизначеною відповідь на питання про причини цієї послідовності. Однак дослідники наголосили на перспективі вивчення цього аспекту в подальших своїх роботах.
Висновки та коментарі
Отримані дані демонструють ключову роль актину в регуляції динаміки зазначених процесів та пояснюють основний механізм, що лежить в основі росту аксонів після травматичних пошкоджень тканин рівня центральної нервової системи. Спираючись на це, автори зробили висновок про те, що нейрони зберігають здатність до активації розвитку навіть на пізніх етапах індивідуального розвитку організму, тобто у дорослих осіб, що значно розширює їх клітинний потенціал в рамках адаптації та пластичності структур при непрогнозованих змінах протягом життя. Таким чином, найвагомішим досягненням проведеного дослідження є фактичне підтвердження того, що метаболізм актину є ключовим процесом, на вивченні якого варто зосередити увагу майбутніх досліджень, спрямованих на пошук можливостей та розробку відновних лікувальних стратегій для пацієнтів із травмами центральної нервової системи.
Долучайтеся до нас у Viber-спільноті, Telegram-каналі, Instagram, на сторінці Facebook, а також Twitter, щоб першими отримувати найсвіжіші та найактуальніші новини зі світу медицини.
- DZNE — German Center for Neurodegenerative Diseases (2019) Key proteins for the repair of nerve fibers identified. ScienceDaily, Aug. 7.
- Tedeschi A., Dupraz S., Curcio M. et al. (2019) ADF/Cofilin-Mediated Actin Turnover Promotes Axon Regeneration in the Adult CNS. Neuron, Aug. 7. DOI: 10.1016/j.neuron.2019.07.007.
Наталія Савельєва-Кулик
