Нейронные связи научились восстанавливать синим светом

Группа нейробиологов из Департамента Исследований Сенсорной биологии и Органогенеза при Центре Гельмгольца в Мюнхене нашла способ восстановления нарушенных нейронных цепей посредством синего света. Описание их исследования опубликовано в журнале Current Biology.

Физическая целостность нейронных цепей может быть нарушена под действием неблагоприятных факторов внешней среды, болезни или травмы. При этом повреждаются аксоны — длинные отростки нейронов, проводящие электрические импульсы от тела нейронов. У позвоночных животных способность к регенерации аксонов очень низка, поэтому большинство из них так и остаются поврежденными, что приводит к необратимым нарушениям нейральных функций.

Известно, что в результате повреждения аксона повышается внутриклеточный уровень вторичного мессенджера — циклического аденозин монофосфата (cAMP). Эта молекула активирует специфический фермент, «запускающий» синтез фактора стимуляции регенерации и перестройку цитоскелета нейрона таким образом, что формируется конус роста, дающий начало здоровому аксону. Важно, что регенерация аксонов должна происходить с высокой точностью в строго определенный момент времени, а широко используемые генетические или фармакологические методы повышения уровня cAMP не всегда справляются с этой задачей.

Ученые под руководством доктора Эрнана Лопес-Шиера разработали альтернативный способ увеличения концентрации cAMP и проверили его эффективность in vivo, используя в качестве модели чувствительные аксоны боковой линии личинок рыбы Данио-рерио. Концепция их экспериментов заключалась в активации фермента, отвечающего за синтез cAMP, с помощью синего света. Этим ферметом была аденилил циклаза bPAC, ген которой исследователи позаимствовали у почвенной бактерии Beggiatoa — генетическая конструкция, экспрессирующая этот фермент, была специально доставлена в клетки Данио-рерио.

Исследователи перерезали нервы боковой линии с помощью наносекундного ультрафиолетового лазера и наблюдали за реконструкцией аксонов. Ключевым критерием эффективности процесса выступил процент заново сформированных синапсов — мест контакта двух нейронов или нейрона и эффекторной клетки. Исследователи обнаружили, что воздействие синего света приводит к тому, что около трети поврежденных нейронов, вырабатывающих фотоактивируемую аденилил циклазу, образуют синапсы de novo, в то время как в отсутствие света эта доля составляет всего пять процентов.

Эрнан Лопес-Шиер убежден, что эта разработка — только начало большого пути: его группе предстоит выяснить, возможно ли с помощью их метода восстанавливать не только отдельные нейроны примитивного организма, но и целые нейронные цепи более высокоорганизованных животных.

Екатерина Корзенева