Микроглия разрушила тормозные синапсы развивающегося мозга мышей

Иммунные клетки мозга — микроглия — способны выборочно разрушать тормозные синапсы коры мозга новорожденных мышей, выяснили ученые из США и ОАЭ. Во время экспериментов тормозный медиатор ГАМК, поступающий в синапсы, вызывал изменения в активности генов клеток микроглии и активировал программу изменения синапсов. При этом отключение рецепторов к ГАМК в клетках микроглии привело к нарушениям в поведении мышей. Исследование опубликовано в журнале Cell.

Не смотря на то, что из-за гематоэнцефалического барьера в мозг крайне редко попадают патогены, там тоже есть иммунные клетки — микроглия. Они не только участвуют в воспалительном ответе, но и утилизируют погибшие нейроны, а также могут подавлять активность нейронов и разрушать межнейронные контакты — синапсы. Последний процесс необходим для работы мозга, поскольку чрезмерная активность нейронов может привести к припадкам. Кроме того, процесс разрушения синапсов важен для запоминания — чтобы сохранять новые нейронные контуры воспоминаний, необходимо удалять старые или незначимые связи в памяти. Однако до сих пор непонятно, по какому принципу клетки микроглии «выбирают» синапсы для разрушения.

Биологи под руководством Эмилии Фавуцци (Emilia Favuzzi) из медицинской школы Гарварда исследовали влияние микроглии на возбуждающие и тормозные синапсы. Сначала они отключили в мозге все миелоидные клетки (к которым относится микроглия) на две недели после рождения мышей и проверили, как это повлияло на нейронные связи. Эти связи исследовали в участках соматосенсорной коры мышей. Оказалось, что отключение миелоидных клеток действительно влияет на количество и тормозных, и возбуждающих синапсов в коре: их становится больше без миелоидных клеток (p<0,05).

Чтобы проверить, взаимодействуют ли клетки микроглии с синапсами нейронов напрямую, биологи создали мышей, у которых в обоих типах клеток синтезировались флуоресцентные белки. Эти белки позволяли увидеть взаимодействие при помощи микроскопии. Клетки микроглии собирались в основном вокруг тормозных синапсов, а также экспрессировали рецептор к ГАМК — основному тормозному медиатору.

Биологи предположили, что ГАМК в синапсах может взаимодействовать не только с нейронами, но и с клетками микроглии, чтобы регулировать их влияние на синапсы. Исследователи удалили рецептор к ГАМК из клеток микроглии, чтобы проверить, как изменятся нейронные связи. После удаления в коре мозга мышей увеличилось количество тормозных синапсов, но не изменилось количество возбуждающих. Кроме того, отключение рецепторов к ГАМК вызвало изменения в работе генов клеток микроглии. Большинство генов, которые снизили свою активность после удаления по сравнению с генами клеток дикого типа, относились к кластеру, регулирующему «подрезку» (pruning) синапсов.

Исследователи также провели на мышах без рецепторов к ГАМК поведенческие тесты. Оказалось, что на 30 день после рождения развития такие мыши не так активны, как животные дикого типа: меньше бегают, прыгают и исследуют пространство. А вот на 60 день активное поведение наоборот усилилось. Так биологам удалось показать, что микроглия не просто способна изменять синапсы, но и делать это избирательно — отличать тормозные синапсы от возбуждающих через ГАМК.

Микроглия способна поедать не только межнейронные связи, но и мертвые нейроны. Недавнее исследование показало, что этим микроглия занимается совместно с астроцитами — звездчатыми клетками глии. Нейробиологи выяснили, что клетки разделяют обязанности: первые утилизируют тело нейронов и близлежайшие отростки, а вторые — отдаленные ветви дендритного дерева.

Анна Муравьева