Травматическая и токсическая гибель нейронов: три типа клеток нервной трубки, развитие нейронов и нейроглии
В исследованиях реакции клеток-предшественников на повреждение дофаминергических нейронов молодых мышей специфическим токсином 1-метил-4-фенил-1, 2, 3, 6-тетрагидропиридином было установлено, что в стриатуме эти клетки трансформируются преимущественно в астроциты, а в черной субстанции не выявлялись постмитотические клетки макроглии или нейронов. Следовательно, реакция клеток-предшественников на повреждение дофаминергических нейронов черной субстанции и их аксонных терминалей в стриатуме различна и определяется, вероятно, степенью их коммитированности.
В мозге взрослых крыс механическая травма зубчатой фасции гиппокампа или цитотоксическое повреждение нейронов этой структуры также приводило к активации пролиферации клеток субгранулярной зоны и формированию зрелых клеток-зерен.
В развивающейся центральной нервной системе стволовые клетки нервной трубки дают начало клеткам трех типов:
· нейронам,
· астроцитам,
· олигодендроцитам.
Эти стволовые клетки характеризуются вытянутым телом и контактами с внутренней и наружной поверхностями эпителиоподобного клеточного слоя. Полагают, что они дают три разных типа клеток с наличием полустволовых клеток, о которых говорил еще В. Гис в конце XIX века. Исследования, проведенные на дрозофиле, указывают на существование стволовых клеток, при асимметричном митозе которых образуются нейроны и астроциты. При изучении клеточных линий у млекопитающих вначале сложилось мнение, что для нейронов и астроглии существуют различные предшественники. В последующем многочисленные работы показали развитие нейронов и нейроглии из одной клетки-предшественника.
В эктодермальном пласте дифференцировка нейральных предшественников контролрфуется сигнальными путями, связанными с регуляторными генами из семейства спираль — петля — спираль (bHLH). Пронейральные bHLH гены включают три группы генов дрозофилы:
· achaete,
· scute,
· lethal scute,
Которые относятся к Drosophila Achaete Scute gene Complex, несвязанного с этим семейством гена atonal и их многочисленных аналогов у других видов, в том числе млекопитающих. Экспрессия этих генов приводит к появлению кластеров клеток, которые могут дифференцироваться в нейральные предшественники. Механизмы активации генов до корща неясны. В эту группу генов входят также гены семейства bHLH, в частности, такие как asense дрозофилы и neuro D лягушки Xenopus.
Экспрессия рецепторных трансмембранных белков семейства Notch, которые при контакте с лигандом блокируют экспрессию пронейроиальных bHLH-генов. ограничивает реализацию нейрональной детерминации. Лигандами рецепторов Notch служат трансмембранные белки Delta соседних клеток. Полагают, что внеклеточный домен Delta, образующийся при расщеплении молекулы, также может выполнять роль лиганда в растворенном виде. Но основное значение в реализации дальнейшей судьбы клетки имеют прямые межклеточные контакты.
Роль контактной индукции наглядно продемонстрирована в культуре стволовых клеток. При высокой плотности роста наблюдалось образование только астроцитов и гладкомышечных клеток. Предполагалось, что главную роль в механизмах подобной «трансдифференцировки» играют белки семейств Notch и Wnt/Frizzled. Сигнальное значение последних показано на примере клеток нервного гребня. Так, связывание Notch с лигандом приводит к ферментному отсоединению внутриклеточной части Notch, которая мигрирует в ядро и выполняет роль коактиватора белка Su (Н), являющегося транскрипционным фактором.
Последний активирует гены семейства HES (у позвоночных), Е (spl) — у насекомых. Продукты этих генов репрессируют пронейрональные гены bHLH, препятствуя реализации нейрональных потенций клетки. В исследованиях, проведенных In vitro, были вскрыты механизмы регуляции стволовых клеток. Установлено, например, что фактор роста фибробластов 2 (ФРФ2) является митогеном для нейральных предшественников из гиппокампа эмбрионов крысы.
Еще одним митогеном стволовых нейрональных клеток из стриатума является эпидермальный фактор роста (ЭФР). И ФРФ 2, и ЭФР поддерживают рост недифференцированных предшественников в культуре. При удалении их из культуральной среды останавливается размножение клеток, которые начинают дифференцироваться и дают начало нейронам, астроцитам и олигодендробластам. Эти же ростовые факторы являются митогенами для стволовых клеток в других тканях, что, возможно, связано с определенной гомологичностью стволовых клеток разных тканей.
В процессе культивирования клеток из головного мозга мыши в среде с ЭФР клетки отделялись от подлежащего слоя и формировали нейросферы — компактные агрегаты полипотентных клеток, дающих начало нейронам, астроцитам и олигодендроцитам или новой нейросфере после пролиферации. Для клеток нейросфер характерными фенотипическими признаками является полная зависимость от ЭФР и трансформирующего фактора роста альфа (TGFa), экспрессия белка промежуточных филаментов нестина и рецепторов ЭФР.
Взаимодействие сигналов нейронов и глии определяет направление дифференцировки трансплантируемых клеток
Из эмбриональной ткани мозга, а затем и из зрелого головного мозга была получена другая популяция стволовых клеток, абсолютно зависимая от ФРФ2. Эти стволовые клетки обнаруживаются раньше ЭФР-зависимых нейросфер. ФРФ2- зависимые клетки образуют больше нейронов в течение многих пассажей.
Предполагается, что две указанные группы клеток — независимые популяции стволовых клеток, которые могут присутствовать в одной и той же области мозга. Но есть данные, указывающие на то, что ФРФ2-зависимые клетки — предшественники ЭФР — зависимых клеток нейросфер.