«Зомби-клетки» играют неожиданную роль в развитии мозга

Фото из открытых источников

К числу важнейших защитных механизмов организма относятся системы гематоэнцефалического барьера, включая гематоэнцефалический и гематоликворный барьеры. Эти барьеры состоят из высокоспециализированных клеток, которые пропускают необходимые питательные вещества, но отталкивают опасные токсины и патогены, циркулирующие в кровотоке. Ученые давно знают, для чего нужны эти барьеры, но гораздо меньше знают о том, как они формируются в процессе развития.

Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего и опубликованное в журнале Cell, выявило ключевой фактор: стареющие клетки. Эти клетки, часто ассоциируемые со старением и болезнями, на самом деле, по-видимому, помогают формировать и поддерживать защитные барьеры головного мозга в процессе развития.

Ключевым моментом новых открытий является развивающееся понимание стареющих клеток, которые традиционно назывались «зомби-клетками», поскольку они больше не способны делиться, но при этом не отмирают полностью. Стареющие клетки накапливаются с возрастом и связаны с дисфункцией тканей, хроническим воспалением и снижением когнитивных функций, что делает их привлекательной мишенью для терапии, направленной на замедление возрастных изменений.

Однако в последние годы исследования показали, что стареющие клетки не связаны напрямую со старением и болезнями. Исследователи выявили стареющие клетки, которые временно появляются в развивающихся эмбрионах мышей и играют роль в развитии конечностей и почек. Другие исследования показали, что стареющие клетки играют временную роль в заживлении ран, предполагая, что эти клетки могут быть полезны в некоторых контекстах. Это привело к идее, что старение может быть полезным, когда оно временное, но вредным, когда оно сохраняется длительное время.

Исследования, проведенные в лаборатории доцента Школы биологических наук Хируй Мехарены, показывают, что стареющие клетки играют ранее неизученную роль в развитии мозга.

Изучая развивающийся мозг мышей, научный сотрудник проекта Эшли Уотсон выявила стареющие клетки, которые появляются на разных стадиях формирования двух важнейших барьерных систем головного мозга: гематоэнцефалического и гематоликворного барьеров.

«Мы обнаружили, что эти состояния, связанные со старением, появляются в очень специализированных типах барьерных клеток и в определенные моменты развития мозга, что позволяет предположить, что они могут играть специализированную роль в формировании защитных барьеров мозга», — сказал Уотсон.

В ходе исследования ученые использовали целый ряд методов, включая секвенирование РНК отдельных клеток, визуализацию и генетическое отслеживание клеточных линий. Они обнаружили, что три типа клеток впадают в состояние старения в процессе развития: эндотелиальные клетки сосудов, макрофаги головного мозга и эпителиальные клетки сосудистого сплетения.

Эти клетки по-разному участвуют в формировании защитных барьеров головного мозга. В эндотелиальных клетках и макрофагах старение, по-видимому, помогает координировать формирование кровеносных сосудов и образование гематоэнцефалического барьера. В сосудистом сплетении, которое вырабатывает спинномозговую жидкость и формирует гематоэнцефалический барьер, старение, по-видимому, поддерживает развитие и функционирование барьера.

Исследователи обнаружили, что стареющие эндотелиальные клетки сосудов и макрофаги, находящиеся в головном мозге, появлялись лишь временно во время роста и ремоделирования эмбриональных кровеносных сосудов, формирующих гематоэнцефалический барьер. Эпителиальные клетки сосудистого сплетения, напротив, сохраняли признаки старения в течение длительного времени после развития и оставались в организме во взрослом возрасте.

«Это было одно из самых неожиданных открытий», — сказал Мехарена. «Старение в период развития обычно рассматривалось как преходящий процесс. Здесь же мы выявили популяцию клеток в мозге, которые, по-видимому, сохраняют признаки, связанные со старением, вплоть до взрослого возраста. Это исследование показывает, что старение может принимать множество различных форм в мозге в зависимости от типа клеток и стадии развития».

Чтобы проверить, насколько функционально важны эти клетки, исследователи удалили стареющие клетки на стадии эмбрионального развития. У эмбрионов мышей, лишенных этих клеток, развились аномалии в формировании гематоэнцефалического барьера и нарушении водного баланса, что указывает на то, что клетки, связанные со старением, способствуют нормальному развитию мозга.

«Больше всего нас удивило то, что старение не было единым состоянием. Оно выглядело совершенно по-разному в зависимости от типа клеток и, по-видимому, выполняло различные функции в зависимости от того, где и когда оно происходило», — сказал Уотсон. «Более того, клетки не действовали независимо друг от друга. Старение, похоже, помогало различным типам клеток работать вместе, чтобы создавать и, в некоторых случаях, поддерживать защитные барьеры головного мозга».

В настоящее время исследователи изучают, как происходит старение и связанные с ним процессы при заболеваниях головного мозга.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний