Способности и болезни мозга зависят от межклеточных связей

Нейробиологи подвели итог многолетних исследований мозга. И выяснили, что если генетическую природу того или иного процесса они хоть немного понимают, то молекулярные механизмы остаются одной большой загадкой. Понятно лишь, что способности и патологии часто зависят от межклеточных связей.

Работа нервной системы, предрасположенность к определенным патологиям и интеллектуальные способности человека зависят от здоровья отдельных клеток, а также морфологической структуры головного и спинного мозга. Генетический фактор играет немаловажную роль как в нейродегенеративных заболеваниях, так и в определении умственных способностей (канадские ученые даже предложили создать единую базу патологических последовательностей, которые нарушают работу мозга). Тем не менее, нередко нейроны и целые отделы нервной системы не справляются со своими функциями, несмотря на цитологическую и молекулярную полноценность. То есть и нейроны на месте, и биохимические реакции протекают. Но мозг почему-то шалит. Нейробиологи предполагают, что причиной многих сбоев может стать внутренняя разобщенность нейронов или отдельных популяций. Но для получения убедительных доказательств и дальнейшего прикладного использования научных знаний нейробиологи, генетики и биохимики всех стран сами должны объединиться. Желательно в сети.

Нейроны в хороводе

Infox.ru писал о том, что нейроны образуются из нейрональных стволовых клеток, которые рождаются в гиппокампе, а после перебираются в другие отделы мозга. Созревание нейронов происходит на пути следования и в конечном пункте. Взрослеющие нейроны отращивают аксон и дендритные разветвления. Впоследствии эти отростки формируют синапсы – связные звенья между двумя нейронами или нейроном и эффекторной клеткой. Такие связи можно сравнить с хороводом, только «рук» у нейронов больше. Нейробиологи уверены, что, как умственные способности, так и склонность к патологиям, могут зависеть от того, «какого соседа нейрон взял за руку».

Исследователи из Университета Калифорнии (University of California) под руководством Меган Уильямс (Megan E. Williams) проанализировали результаты нейробиологических исследований за последние тридцать лет. Обобщенные данные позволяют утверждать, что на всех стадиях специализации нейронов важную роль в формировании синаптических связей играют трансмембранные сигналы. «Молекулярные сигналы помогают нейронам не просто найти друг друга, а создать прочные и верные связи», -- пишут исследователи обзорной статье Molecular mechanisms of synaptic specifity in developing neural circuits в журнале Neuron.

При этом непрочные и некорректные связи нейронов могут стать причиной таких патологий, при которых невозможно заметить анатомические изменения. Так, в 2003 году коллектив ученых под руководством Стефана Жамэна (Stephane Jamain) обнаружил молекулярные синаптические нарушения у пациентов с расстройствами аутического спектра. Это означает, что «взяв за руку не того соседа», небольшая группа нейронов может значительно изменить танец хоровода и нарушить работу всей нервной системы.

Привередливые нейроны

Показателен в смысле «привередливого» выбора пример клеточной (синаптической) специализации нейронов в гиппокампе. Дело в том, что эти ответственные за эмоции нейроны «прорывают ход» к тормозным нейронам, избегая маломальского соприкосновения с нейронами возбуждающими. Такое целенаправленное продвижение нейронов играет важную роль в формировании памяти. То есть есть основания полагать, что проблемы с памятью в некоторых случаях возникают из-за «заблудившихся» нейронов, которые случайно сформировали синаптическую связь с неподходящим партнером. Однако, до настоящего времени механизмы и значение клеточной «привередливости» и остаются неизученными.

Лишь в немногочисленных экспериментах ученым удалось найти и идентифицировать молекулярные сигналы, с помощью которых нейроны находят друг друга. Меган Уильямс отмечает, что почти во всех нейронах можно обнаружить соединения, которые обеспечивают формирование синапсов – нейролексины и нейроликины. Эти же соединения имеют несколько тысяч модификаций – изоформ, которые могут выполнять функции «позывного» и «пароля» для нейронов. Ученые знают, какие гены отвечают за биохимические сигналы. Однако молекулярные механизмы все еще остаются неизученными.

Меган Уильямс и его коллеги отмечают, что совместными усилиями ученые всего мира смогут разобраться в причинах болезней самого сложного человеческого органа – мозга. Пионерные проекты GENSAT, Allen Brain Atlas и International Knockout Mouse Consortium находятся в свободном доступе для ученых и просто любопытствующих и уже приносят свои плоды.