В новом исследовании на головастиках, которые развиваются полностью вне материнской утробы, ученые из Научно – исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute) обнаружили, как клетки мозга реагируют и восстанавливаются вследствие недостатка питания. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Development.
Актуальность проблемы
Все мы знаем, что пища необходима для здорового развития мозга и организма, особенно на самых ранних этапах жизни. Но как именно питание в раннем возрасте влияет на рост мозга, непонятно, особенно на клеточном уровне. Одной из причин этого недостатка является трудность изучения животных до их рождения.
Результаты научной работы
«Изучая головастиков, мы можем наблюдать ранние стадии развития мозга, которые нам обычно недоступны», – говорит Кэролайн МакКаун (Caroline McKeown). «Это исследование показало нам, что у позвоночных сначала образуются клеточные сигнальные пути, которые являются неотъемлемой частью деления нервных стволовых клеток. Эти результаты могут привести к новым методам для запуска и остановки роста клеток в мозге”.
МакКаун утверждает, что полученные результаты также будут способствовать продолжению исследований в лаборатории, изучая роль нервных стволовых клеток в восстановлении после травмы головного мозга. Как правило, у головастиков Xenopus и у большинства животных стволовые клетки, известные как «нейронные предшественники», процветают на ранних стадиях развития. Эти клетки в конечном итоге созревают в нейроны, тип клеток в мозге, контролирующий мысли и действия.
В предыдущем исследовании ученые обнаружили, что когда головастиков лишали пищи, их нервные клетки-предшественники переставали делиться, и рост их тела уменьшался, но животные оставались в живых, и их поведение выглядело нормальным. Удивительно, что если головастики получали доступ к пище в течение примерно 9 дней, нейронные клетки-предшественники в мозге снова начинали делиться, и головастики снова росли. В новом исследовании ученые определили клеточные механизмы, лежащие в основе этой реакции развития.
«Мы знаем, что многие из этих фундаментальных клеточных явлений сохраняются у разных видов животных, поэтому возможно, что млекопитающие также способны к такой устойчивости к пренатальной депривации питательных веществ», – добавляет МакКаун.
Как только исследователи обнаружили, что раннее развитие мозга может прийти в норму после периодов без пищи, ученые решили понять, что происходит на клеточном уровне, чтобы прекратить деление нейронных предшественников и начать восстанавливаться. Ученые проследили нейронных предшественников до хорошо известного сигнального пути, известного как mTOR, который является центральным регулятором клеточного метаболизма, роста, пролиферации и выживания.
Интересно, что даже без снабжения головастиков какой-либо пищей их мозг можно было бы перезапустить в режим роста путем активации рецептора инсулина, который находится на поверхности нейрональных клеток-предшественников. Инсулин – это гормон, который позволяет клеткам использовать сахара из пищи в качестве энергии и может активировать передачу сигналов mTOR. Возможность обходить потребность в пище на клеточном уровне может способствовать развитию медицинской терапии нарушения питания.
Тщательно отслеживая нервные клетки-предшественники с течением времени, МакКаун также обнаружил, что они готовы делиться, как только питательные сигналы достигают их. Это означало, что клетки останавливают свое развитие, когда находятся на стадии деления. Обычно это наблюдается в клетках, находящихся в состоянии стресса, и очевидно, что голод является одним из видов стресса.
Выводы
«Мы предполагаем, что эти знания станут полезными для понимания того, что может пойти не так в отсутствие материнского питания, и насколько важно быстро реагировать в данном случае», – резюмирует МакКаун.
Авторы другого исследования утверждают, что гормон голода взаимосвязан с памятью при болезни Альцгеймера.
