Реактивация стволовых клеток в мозге

Резюме: повышение ламина В1 у стареющих мышей привело к делению нервных стволовых клеток и, соответственно, к увеличению количества новых нейронов.

Стволовые клетки в мозге производят новые нейроны на протяжении всей жизни, например, в гиппокампе. Эта область мозга играет ключевую роль в функционировании процессов памяти. С возрастом, а также у пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, способность гиппокампа производить новые нейроны неуклонно снижается; вместе с этим снижается и функции памяти.

Распространение возрастных повреждений клеток

Результаты исследования, проведенного группой ученых во главе с Себастьяном Йессбергером, профессором Института исследований мозга при Цюрихском университете, свидетельствуют, как с возрастом нарушается формирование новых нейронов. Белковые структуры в ядрах стволовых нервных клеток служат доказательством того, что вредные белки, накапливающиеся с течением времени, неравномерно распределяются по двум дочерним клеткам при их делении. 

По-видимому, это является важной частью способности клеток пролиферировать в течение длительного времени, чтобы обеспечивать функционирование нейронов. Однако с возрастом количество ядерных белков изменяется, что приводит к нарушению распределения вредных белков между двумя дочерними клетками. Это ведет к снижению численности производимых новых нейронов в мозге у старых мышей. 

Центральным элементом этого процесса является ядерный белок ламин B1, концентрация которого снижается с возрастом. При искусственном повышении уровня ламина B1 в экспериментах на стареющих мышах деление стволовых клеток улучшилось, а количество новых нейронов выросло.

По словам Хадиша бин Имтиаза, первого автора статьи и кандидата наук, по мере того, как человек стареет, стволовые клетки по всему телу теряют свою способность к пролиферации. Используя генную инженерию и передовые микроскопические технологии, ученые определили механизм, связанный с этим процессом.
 

Рисунок 1 | Стволовые клетки в мышином гиппокампе (окрашены в голубой цвет): с возрастом их способность к образованию новых нейронов снижается в той же степени, что и количество ядерного белка ламина В1 (окрашен красным). Фото: Хадиш бин Имтиаз, университет Цюриха.

Остановка процесса старения у стволовых клеток

Исследование является частью нескольких текущих проектов, направленных на реактивацию стареющих стволовых клеток. Способность поврежденных тканей регенерировать с возрастом снижается, что затрагивает почти все типы стволовых клеток в организме. По словам Себастьяна Йессбергера, хотя исследование ученых было ограничено стволовыми клетками головного мозга, аналогичные механизмы, вероятно, будут играть ключевую роль в процессе старения других стволовых клеток.

Эти последние открытия являются важным шагом на пути изучения возрастных особенностей стволовых клеток. Как утверждает Йессбергер, теперь известно, что реактивация стареющих стволовых клеток мозга возможна. Ученые выражают надежду, что эти открытия однажды помогут повысить нейрогенез, например, у пожилых людей или у лиц, страдающих дегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера. И пусть даже это случится еще через много лет.

Снижение экспрессии ламина В1 опосредует снижение активности стволовых клеток гиппокампа с возрастом.

Нервные стволовые клетки производят нейроны в течение всей жизни в зубчатой извилине гиппокампа. По мере старения степень нейрогенеза значительно снижается, с чем связывают снижение функции памяти. Однако внутриклеточные механизмы, опосредующие возрастные изменения активности нервных стволовых клеток, остаются в значительной степени неизвестными. 

В данной работе ученые показывают, что экспрессия белка ядерной пластинки — ламина B1 — с возрастом подавляется в нервных стволовых клетках гиппокампа мышей. В это же время увеличиваются концентрации белков SUN-домена, содержащего белок 1 (SUN1), который, как было обнаружено ранее, задействован в патологических механизмах при синдроме прогерии Хатчинсона-Гилфорда. Равновесие концентраций ламина B1 и SUN1 в старых нервных стволовых клетках восстанавливает потенциал диффузионного барьера эндоплазматического ретикулума, который в пролиферирующих стволовых клетках ответственен за сегрегацию возрастных факторов. Восстановление экспрессии ламина B1 в старых нервных стволовых клетках с помощью вирусов усиливает активность стволовых клеток in vitro и увеличивает пролиферацию клеток-предшественников нейронов и нейрогенез in vivo.

Таким образом, исследователями определен механизм, опосредующий возрастное снижение нейрогенеза в гиппокампе млекопитающих.

Перевод: Alex Hiver
Редакция: Дарья Филатова
Оформление: Никита Родионов