В человеческом мозге нашли особенные клетки

7 сентября 2018



Нейроны «Rosehip», найденные у людей и не обнаруженные ни у грызунов, ни у других хорошо изученных лабораторных животных, скорее всего, нужны для контролирования связей между областями человеческого мозга.

Цифровая реконструкция «rosehip» нейронов человека.

Один из самых интригующих вопросов о человеческом мозге является по совместительству и одним из самых трудных для нейробиологов — что отличает наш мозг от мозга любого другого животного? «Мы действительно не понимаем, что делает человеческий мозг особенным», — сказал Эд Лейн, доктор философии Алленовского Института исследований головного мозга (Allen Institute for Brain Science) в Сиэтле. «Изучение различий на уровне клеток и их взаимодействий является идеальным плацдармом для начала исследования, и теперь у нас появились новые инструменты для этого». В новой научной работе, опубликованной 27 августа 2018 года в журнале «Nature Neuroscience», Лейн и его коллеги дают один из возможных ответов на этот сложный вопрос. Исследовательская группа, возглавляемая Лейном и Габором Тамасом, кандидатом наук, неврологом из Университета Сегеда в городе Сегед, в Венгрии, обнаружила новый тип клеток мозга человека, который никогда ранее не был обнаружен ни у мышей, ни у других хорошо изученных лабораторных животных.

Габор Тамас и его аспирант Эстер Болдог назвали эти новые клетки нейронами «rosehip» (плод шиповника), за то, что плотный пучок, который образуют аксоны этих клеток мозга вокруг своего центра, выглядит как роза после того, как она сбросила лепестки, объяснили ученые. Недавно обнаруженные клетки относятся к классу ингибирующих нейронов, клеток, тормозящих активность других нейронов головного мозга. Ученым пока не удалось доказать, что эти нейроны присущи исключительно человеческому мозгу. Но тот факт, что эти клетки отсутствуют у грызунов, интригует, и автоматически добавляет их в очень короткий список специализированных нейронов, которые потенциально могут существовать только у людей или приматов. Функция вновь обнаруженных клеток в человеческом мозге остается неизвестной, но их отсутствие у мышей указывает нам на то, что моделировать заболевания мозга человека у лабораторных животных весьма проблематично, говорит Тамас. Следующим шагом ученых будет поиск «rosehip»-нейронов в посмертных образцах мозга людей, страдавших нейропсихиатрическими расстройствами, это, как планируют исследователи, должно помочь определить, изменяются ли данные клетки при заболеваниях человека.

В своей работе команда использовала посмертные образцы тканей мозга, взятые у двоих мужчин в возрасте 50 лет, завещавших свои тела для исследования. Образцы представляли собой участки верхнего слоя коры, самой внешней области мозга, которая отвечает за человеческое сознание и другие функции, которые мы считаем уникальными для нашего вида. Кора головного мозга у нас имеет гораздо большие размеры относительно тела, чем у других животных. «Это самая сложно-устроенная часть мозга, и обычно именно ее считают самой сложной структурой в природе», — сказал Лейн. Исследовательская лаборатория Университета Сегеда в Венгрии изучает мозг человека, используя классический подход часто применяющийся в нейронауке — проведение детального исследования форм клеток и их электрических свойств, ученые задействовали стандартное контрольно-измерительное оборудование. В Институте Аллена Лейн возглавлял группу, занимающуюся изучением набора генов, которые делают человеческие клетки мозга уникальными относительно друг друга и отличающимися от клеток мозга мышей.

Несколько лет назад Тамас посетил Институт Аллена, чтобы представить коллегам из Сиэтла свои последние находки по специализированным типам клеток человеческого мозга, и обе исследовательские группы неожиданно пришли к выводу, что они открыли одни и те же клетки, используя совершенно разные методы. «Мы поняли, что мы оказались в одном и том же месте, хотя шли из абсолютно разных точек», — сказал Тамас. Команды решили работать вместе. Группа ученых из Института Аллена в сотрудничестве с исследователями из Института Дж. Крейга Вентера, обнаружила, что «rosehip»-нейроны включают уникальный набор генов, генетическую подпись, не встречающуюся ни в одном из типов клеток головного мозга мыши, которые они изучали. Исследователи Университета Сегеда обнаружили, что «rosehip»-нейроны образуют синапсы с другим типом нейронов, с пирамидальными нейронами.

Это одно из первых исследований коры мозга человека, в котором удалось соединить воедино различные методы изучения типов клеток, сказала Ребекка Ходж, доктор философии, старший научный сотрудник Института Аллена, являющаяся одним из авторов исследования. «Каждый из этих методов является достаточно эффективным, но применяясь по отдельности, они дают неполную картину того, что может делать эта клетка», — сказала Ходж. «Вместе же они могут рассказать нам, как она функционирует в мозге, так как каждый метод снабжает нас своей дополнительной информацией, которая потенциально нам может очень помочь».

«Rosehip»-нейроны отличаются от других видов нейронов тем, что они прикрепляются только к одной определенной части их клеточного партнера, что указывает на то, что они могут контролировать поток информации очень специфичным способом. Если представить все тормозные нейроны в виде тормоза автомобиля, то «rosehip»-нейроны позволят вашему автомобилю остановиться в очень конкретной точке, объясняет Тамас. Они будут похожи на тормоза, которые сработают только у продуктового магазина, например, и не все автомобили (т.е. животные) имеют их «. Этот тип нейронов, или тип тормоза автомобиля, в нашем сравнении, может работать в местах, где не могут другие типы клеток, — сказала Тамас.

Следующим шагом исследователей, как мы уже говорили, станет поиск «rosehip»-нейронов в других частях мозга, а также изучение их потенциальной роли при нарушениях функции головного мозга. Хотя ученые еще не знают, действительно ли эти клетки уникальны для человека, факт, что они не существуют у грызунов, является еще одним ударом по убеждению, что лабораторная мышь может служить идеальной моделью для изучения болезней людей, особенно, когда дело касается неврологических расстройств. «Наш мозг — это не просто увеличенный мозг мыши», — сказал Трюгве Баккен, доктор медицинских наук, старший научный сотрудник Института Аллена и автор исследования. «Люди говорят об этом в течение многих лет, и это исследование позволяет рассмотреть эту проблему с новой точки зрения. Многие из наших органов могут быть достаточно хорошо смоделированы на животных», — сказал Тамас. «Но выдающиеся способности нашего мозга, то, что, собственно и отличает нас от остальной части животного мира, что делает нас людьми, очень сложно моделировать на животных системах».