Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Пластинка зрительного нерва оказалась источником глиальных клеток

Bernstein et al. / PNAS, 2020

Ученые обнаружили популяцию митотически активных клеток в области пластинки зрительного нерва — там, где аксоны ганглиозных клеток сетчатки начинают приобретать миелин и образуют зрительный нерв. Как говорится в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences, из этих клеток образуются астроциты и олигодендроциты, которые участвуют в миелинизации зрительного нерва, однако с возрастом запас этих клеток уменьшается, что потенциально может объяснять старческое снижение зрения и тяжесть глаукомы у пожилых людей.

Зрительный нерв состоит из аксонов ганглиозных клеток сетчатки, которые собирают информацию от множества фоторецепторных клеток. Эти аксоны не покрыты миелином, они приобретают его ближе к зрительному перекресту. Однако точные места постнатального аксонального роста и механизм, посредством которого происходит миелинизация, остаются неясными.

Прежде чем собраться в зрительный нерв аксоны ганглиозных клеток сетчатки проходят через пластинку зрительного нерва — узкую область скопления глиальных клеток, пронизанную множеством кровеносных сосудов, в самом начале нерва. Уже известно, что в этой области отсутствует миелин и рост фагоцитарных астроцитов, а также снижен уровень аквапорина-4.

Ученые под руководством Стивена Бернштайна (Steven L. Bernstein) из Мэрилендского университета, изучая предыдущие исследования предшественников нервных и глиальных клеток, предположили, что их присутствию способствует микроокружение пластинки. Так как для этих клеток-предшественников не существует специфического паттерна экспрессии белка и они обычно экспрессируют характерные для молодых нервных клеток нестин, транскрипционный фактор SOX2, глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP) и дегидрогеназу альдолазы 1L1(Aldh1L1), ученые определяли зону пластинки по отсутствию миелина. Они использовали специфическое антитело O4 против рецепторов олигодендроцитов, образующих миелин в центральной нервной системе. 

Клетки пластинки зрительного нерва и его миелинизированной части молодых (20 дней) и взрослых (60 дней) мышей были культивированы на среде Матригель с фактором роста фибробластов 2. Основную массу клеток составляла популяция фибробластного типа (примерно 90 процентов), а незначительная часть клеток (около 10 процентов) выглядела как предшественники нервных и глиальных клеток. Это соотносилось с предыдущими исследованиями, в которых сообщалось об уплощенных (часто звездчатых по внешнему виду) клетках, обнаруженных в пластинке. Культуры, полученные из миелинизированной части нерва, выглядели как олигодендроциты или астроциты.

При иммуногистохимическом анализе выяснилось, что клетки-предшественники из пластинки зрительного нерва делятся митозом. Таким образом они поддерживали постоянную популяцию астроцитов. Также ученые обнаружили, что по мере того, как клетки, вырабатывающие нестин, постепенно приобретали экспрессию маркера олигодендроцитов NG2, производство нестина прогрессивно уменьшалось.

Также клетки пластинки экспрессировали высокие уровни мРНК с генов nestin, Sox1 и Gli1 по сравнению с клетками зрительного нерва и клетками сетчатки. Экспрессия гена Gli1 играет ключевую роль в росте предшественников астроцитов и раннем развитии глаза: белок взаимодействует с экспрессируемым ганглиозными клетками геном Shh.

Таким образом, клетки, производящие SOX2, нестин и GFAP в пластинке зрительного нерва, представляют собой отдельную популяцию клеток-предшественников, потенциально дающую начало всем типам глиальных клеток, включая олигодендроциты. При этом культуры клеток-предшественников, дополненные десятипроцентным раствором фетальной бычьей сыворотки, генерировали либо клетки астроцитарного типа GFAP, либо клетки олигодендроцитарного типа O4. Это говорит о том, что эти клетки являются предшественниками макроглиальных клеток в центральной нервной системе.

Снижение способности клеток-предшественников зрелых животных генерировать нейросферы (скопление нервных стволовых клеток) in vitro соответствовало данным in vivo, свидетельствующим о снижении экспрессии нестина и снижении количества клеток SOX2+ в пластинке у пожилых животных. При подсчете ядер клеток SOX2+ в пластинке и зрительном нерве у мышей разного возраста их число снизилось на 73 процента у 24-месячных животных по сравнению с одномесячными животными (53 ± 36 против 197 ± 10). При этом количество клеток SOX2+ в зрительном нерве остается относительно постоянным во время старения.

Структура зрительного аппарата человека устроена сложнее, чем у грызунов, однако организация пластинки зрительного нерва у них схожа. У молодых людей клетки пластинки обильно экспрессируют нитевидный нестин и обычно демонстрируют повышенную ядерную экспрессию SOX2 по сравнению с клетками пожилых. Экспрессия нестина резко снижается с возрастом: его нитевидная форма почти не обнаруживается в пластинке у людей старше 60 лет. Эти данные свидетельствуют о том, что в пластинке зрительного нерва присутствует истощаемый с возрастом запас клеток-предшественников нервной ткани.

Уменьшение количества клеток-предшественников в пластинке зрительного нерва у людей может изменить баланс между процессами дегенерации и восстановления, что может способствовать возникновению возрастных заболеваний, таких как открытоугольная глаукома. Истощение пула клеток-предшественников в пластинке может способствовать прогрессированию глаукомы за счет снижения функции глиальных клеток и связанных с ними нейротрофических факторов, важных для выживания ганглиозных клеток сетчатки в условиях стресса.

Ученые предполагают, что клетки пластинки зрительного нерва в молодом возрасте защищают сетчатку и нерв от стрессовых воздействий и что возрастная потеря этих клеток может способствовать прогрессированию заболевания из-за низкой репаративной функции. Более полное понимание роли клеток-предшественников позволит разработать новые терапевтические стратегии для лечения заболеваний глаз при учете того, что у пожилых людей часто возникает резистентность к существующему лечению глаукомы.

Стволовые клетки нервной ткани все чаще становятся объектом интереса ученых. Ранее мы рассказывали, что пересадка человеческих предшественников клеток глии в мозг мышам позволила восстановить миелиновые оболочки.

Вячеслав Гоменюк

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.