Травма хвоста аксолотля активирует отдаленные нейроны в мозге для регенерации

Фото из открытых источников

Аксолотль славится своей обширной способностью к регенерации органов и частей тела, включая спинной мозг. Однако исследования регенерации спинного мозга были сосредоточены на клетках аксолотля рядом с местом повреждения, оставляя роль мозга в регенерации относительной загадкой.

Новое исследование, проведенное учеными из Морской биологической лаборатории (MBL) в Вудс-Хоуле, показывает, что активация определенной группы нейронов в мозге аксолотля имеет решающее значение для регенерации хвоста.

Их выводы указывают на возможность того, что сопоставимая группа нейронов влияет на регенеративные реакции у млекопитающих. Исследование, проведенное под руководством младшего научного сотрудника MBL Карен Эчеверри, было опубликовано в npj Regenerative Medicine.

«Иногда мы думаем о травме и регенерации как о реакции локально в месте травмы, о том, что происходит в клетках там, и забываем, что все в нашем теле на самом деле контролируется нашим мозгом», — говорит Эчеверри. «То, что происходит в нашем мозге, может быть разницей между тем, что происходит у человека в тканях, которые регенерируют, как печень, или не регенерируют, как большинство других органов».

Предыдущие исследования мозга аксолотля характеризовали типы его клеток, но не то, какие клетки активируются в ответ на травму в других частях тела, говорит Эчеверри. Новое исследование глубоко погружается в активность определенной группы нейронов, которые распространяют аксоны из конечного мозга — области около передней части мозга аксолотля — в гипоталамус, область около основания.

При активации белок, называемый внеклеточно-регулируемой киназой, или Erk, запускает молекулярные цепные реакции, которые вызывают изменения в экспрессии генов. Эчеверри и его коллеги ранее обнаружили, что уровни Erk повышаются в клетках поддержки нервной системы, называемых глией, в спинном мозге после травмы.

На этот раз исследователи обнаружили, что активность Erk увеличилась в группе нейронов конечного мозга после нескольких типов травм, включая ампутацию хвоста и конечностей. Блокировка нормальной работы Erk в мозге привела к значительно более коротким регенерированным хвостам.

В гипоталамусе нейроны увеличили выработку белка нейротензина, который, как обнаружили исследователи, также важен для регенерации; как и в случае с Эрком, когда они блокировали работу нейротензина, хвосты аксолотлей отрастали до значительно меньшей длины.

Нейроны впервые привлекли внимание Эчеверри, когда она была доцентом в Университете Миннесоты, изучая, как Erk функционирует в спинном мозге после травмы. Один из ее студентов, Кит Сабин, искал Erk в мозге аксолотля и нашел его в нейронах конечного мозга.

Затем Эчеверри вновь занялась нейронной тематикой, когда в 2020 году к ее лаборатории в MBL присоединилась научный сотрудник Сара Уокер — первый автор статьи, ныне работающая в Университете Брока.

Теперь пара надеется исследовать, активируется ли та же группа нейронов в мозге млекопитающих после травмы. Они также стремятся идентифицировать ключевые молекулы, которые перемещаются между местом травмы и мозгом, и определить, как мозг реагирует на различные типы травм.

«Как он понимает, что у него поврежден спинной мозг, а не конечность? В нашей статье мы сравнили травму конечности с ампутацией хвоста, и мы видим, что активируется одна и та же область нейронов», — говорит Эчеверри. «Но теперь нам нужно гораздо глубже изучить эти данные, чтобы увидеть, есть ли субпопуляция активированных нейронов, специфичная для конечности».

Люди могут регенерировать части своего тела, но только определенные ткани, такие как кожа, мышцы и печень. Но даже если бы наши регенеративные способности были сродни способностям аксолотля, нам потребовалось бы значительно больше времени, чтобы восстановиться после травмы спинного мозга, говорит Эчеверри, просто потому, что мы гораздо более крупные организмы.

Во время длительной регенерации люди могут быть более восприимчивы к инфекции и даже наносить себе еще больше вреда, пытаясь двигаться. Возможно, вместо этого мы эволюционировали, чтобы залечивать раны и генерировать рубцовую ткань, чтобы избежать этих результатов, говорит Эчеверри.

«Это одна теория, поскольку у нас есть некоторая способность к регенерации», — говорит она. «Вопрос в том, можем ли мы использовать эту способность и заставить ее регенерировать гораздо быстрее?»