На протяжении десятилетий роль глиальных клеток нервной системы уступала роль нейронов. Однако глиальные клетки играют центральную роль во многих неврологических функциях, включая восприятие боли. Комментарий Сохранить статью Прочитать позже
Звездчатые астроциты — наиболее многочисленные глиальные клетки в головном мозге. Ранее считалось, что их единственная функция заключается в обеспечении выживания нейронов, но, как и другие глиальные клетки, они, как оказалось, выполняют гораздо более разнообразные функции.
Введение
Боль от пореза бумагой или пульсирующая боль от укуса собаки ощущаются через кожу, где клетки реагируют на механические воздействия и посылают электрический сигнал в мозг. Считалось, что эти сигналы исходят из непокрытых окончаний нейронов, проникающих в кожу. Но несколько месяцев назад ученые пришли к удивительному выводу, что некоторые клетки, необходимые для восприятия этого типа боли, вовсе не являются нейронами. Это ранее упущенный из виду тип специализированных глиальных клеток, которые переплетаются с нервными окончаниями, образуя сетку во внешних слоях кожи. Информация, которую глиальные клетки посылают нейронам, инициирует ощущение «ой»: когда исследователи стимулировали только глиальные клетки, мыши отдергивали лапы или защищали их, облизывая или тряся — реакции, специфичные для боли.
Это открытие — лишь одно из многих недавних исследований, показывающих, что глиальные клетки, пёстрая совокупность клеток нервной системы, не являющихся нейронами, гораздо важнее, чем предполагали исследователи. Долгое время считалось, что глиальные клетки лишь питают, защищают и «убирают» нейроны, чья более очевидная роль — передача электрических сигналов через мозг и тело — веками привлекала к ним всеобщее внимание. Но за последние пару десятилетий исследования глиальных клеток значительно активизировались.
«В человеческом мозге глиальных клеток столько же, сколько и нейронов. Тем не менее, мы знаем о том, что они делают, на порядки меньше, чем о нейронах», — говорит Шай Шахам, профессор клеточной биологии Рокфеллеровского университета, специализирующийся на глиальных клетках. По мере того как все больше ученых обращают внимание на глию, накапливаются данные, свидетельствующие о существовании семейства разнообразных клеток, которые неожиданно играют решающую роль в жизненно важных процессах.
Оказывается, глиальные клетки выполняют невероятное количество функций. Они помогают обрабатывать воспоминания. Некоторые выступают в качестве агентов иммунной системы и защищают от инфекций, другие взаимодействуют с нейронами. Третьи играют важную роль в развитии мозга. Глиальные клетки — это далеко не просто помощники нейронов, они часто играют ведущую роль в защите здоровья мозга и направлении его развития. «Возьмите любой вопрос, касающийся нервной системы, и глиальные клетки будут в нем задействованы», — сказал Шахам.
Больше, чем просто «клей»
Глиальные клетки принимают множество форм для выполнения своих специализированных функций: некоторые имеют оболочку, другие – тонкую, кустистую или звездообразную форму. Многие из них переплетаются вокруг нейронов, образуя настолько плотную сеть, что отдельные клетки трудно различить. Некоторым ранним исследователям они даже не казались клетками – их считали поддерживающей матрицей внутри черепа. Это побудило исследователя XIX века Рудольфа Вирхова назвать этот ненейронный материал «нейроглией», позаимствовав название греческого слова, означающего «клей».
На этом увеличенном изображении ткани головного мозга нейроны (синие) окружены большим количеством глиальных клеток, включая астроциты (красные) и олигодендроциты (зеленые).
Одна из причин, по которой глиальным клеткам уделялось так мало внимания, заключалась в том, что когда исследователи впервые начали окрашивать ткани нервной системы, их методы выявляли сложные формы нейронов, но делали видимыми лишь отдельные глиальные клетки. Сантьяго Рамон-и-Кахаль, которому приписывают открытие нейронов и которого широко считают основателем нейронауки, изобразил один подтип глиальных клеток, а остальные объединил в «третий элемент». Его внимание к нейронам заложило основу для бурно развивающейся области нейронауки, но отодвинуло глиальные клетки на второй план.
Кроме того, некоторые глиальные клетки сложно изучать, поскольку их судьба настолько тесно переплетена с судьбой нейронов, что трудно изучать их по отдельности. Если исследователи попытаются изучить функции глиальных клеток, отключив их и наблюдая за последствиями, то нейроны, которые они поддерживают, погибнут вместе с ними.
Однако, по словам Шахама, революция в методах клеточной биологии за последние десятилетия создала целый арсенал инструментов, обеспечивающих более широкий доступ к глиальным клеткам. Достижения в области прижизненной визуализации, флуоресцентной маркировки и генетических манипуляций позволяют раскрыть все многообразие форм и функций глиальных клеток.
Микроглия демонстрирует свою многогранность.
В общую категорию глиальных клеток входит несколько типов клеток с разнообразными функциями, которые до сих пор изучаются. Олигодендроциты и клетки Шванна обволакивают нервные волокна и изолируют их жировыми миелиновыми оболочками, которые помогают удерживать электрические сигналы, проходящие через нейроны, и ускорять их передачу. Астроциты, благодаря своей сложной разветвленной структуре, регулируют поток жидкости в головном мозге, изменяют синаптические связи между нейронами и перерабатывают высвобождаемые молекулы нейромедиаторов, обеспечивающие связь между нейронами, а также выполняют множество других функций.
Микроглия, обладающая высокой универсальностью, по-видимому, выполняет множество функций в головном мозге, таких как удаление клеточного мусора и определение того, какие синапсы между нейронами являются ненужными.
Однако клетки, которые в последнее десятилетие привлекли к себе особенно сильное внимание, — это клетки, называемые микроглией.
Микроглия была впервые описана в четырех статьях, опубликованных в 1919 году Пио дель Рио-Ортегой, но ее изучение застопорилось на десятилетия, пока наконец не возобновилось в 1980-х годах. Исследования микроглии сейчас растут в геометрической прогрессии, говорит Аманда Сьерра, руководитель группы в Баскском центре нейронаук Ачукарро. Работа позволяет понять, как микроглия реагирует на травмы головного мозга и другие повреждения, как она подавляет воспаление и как ведет себя при нейродегенеративных заболеваниях. Эти клетки «действительно находятся на стыке иммунологии и нейронауки», — говорит Сьерра.
Гай Браун, профессор биохимии Кембриджского университета, впервые обратил внимание на микроглию благодаря ее звездообразной форме и динамичным движениям, но именно ее поведение привлекло его внимание. В последние годы было обнаружено, что микроглия имитирует макрофаги иммунной системы, поглощая угрозы для мозга, такие как клеточный мусор и микробы. Микроглия также, по-видимому, атакует устаревшие синапсы. «Если вы сделаете снимки в реальном времени, вы увидите, как они поглощают нейроны», — сказал Браун.
Некоторые из этих активных функций присущи и другим типам глиальных клеток. Например, астроциты и клетки Шванна также могут обрезать синаптические связи. Но, несмотря на общие черты различных подгрупп глиальных клеток, исследователи начинают понимать, что глиальные клетки как группа мало чем объединяются. Фактически, в статье 2017 года ученые выступали за полный отказ от общего термина «глии». «У них не так уж много общего, это разные глиальные клетки», — сказал Браун. «Я не думаю, что у термина «глии» большое будущее».
Бен Баррес, нейробиолог, активно занимавшийся исследованиями глиальных клеток и скончавшийся в 2017 году, считал более глубокое изучение глии необходимым для развития нейробиологии как области науки. Другие исследователи также подхватили эту идею. Для них исторический акцент на нейронах когда-то имел смысл: «Именно они обрабатывают информацию из внешнего мира, преобразуя её в наши воспоминания, наше мышление, нашу обработку информации», — сказала Сьерра. «Они — это мы». Но теперь важность глиальных клеток очевидна.
Нейроны и глиальные клетки не могут функционировать независимо друг от друга: их взаимодействие жизненно важно для выживания нервной системы, а также для формирования воспоминаний, мыслей и эмоций. Но природа их партнерства до сих пор остается загадкой, отмечает Стейси Билбо, профессор психологии и нейробиологии в Университете Дьюка. Глиальные клетки приобретают репутацию клеток со сложной структурой, долгое время приписываемой нейронам, но до сих пор неясно, какой тип клеток в первую очередь управляет другим. «Главная загадка в этой области: кто именно управляет реакцией?» — сказала она.
Источник: www.quantamagazine.org
