Wspólne badanie przeprowadzone przez Duke-NUS i Instytut Mechanobiologii NUS daje nową nadzieję w leczeniu zaburzeń neurorozwojowych poprzez reaktywację uśpionych nerwowych komórek macierzystych i odkrycie dodatkowych mechanizmów zaangażowanych w rozwój mózgu.
Naukowcy z Duke-NUS Medical School i Instytutu Mechanobiologii na Uniwersytecie Narodowym w Singapurze zidentyfikowali nową ścieżkę aktywacji uśpionych nerwowych komórek macierzystych. Odkrycie to może prowadzić do innowacyjnych metod leczenia zaburzeń neurorozwojowych, w tym autyzmu, trudności w uczeniu się i porażenia mózgowego.
W mózgu dorosłego ssaka większość nerwowych komórek macierzystych, które pochodzą z układu nerwowego i mogą wyrosnąć na różne typy komórek mózgowych, pozostaje w stanie uśpienia do czasu otrzymania określonych sygnałów, które je aktywują. Po przebudzeniu wytwarzają nowe neurony, pomagając w naprawie i rozwoju mózgu.
Wady aktywacji nerwowych komórek macierzystych są powiązane ze związanym ze starzeniem się pogorszeniem funkcji poznawczych i zaburzeniami neurorozwojowymi, takimi jak małogłowie – stan, w którym główka dziecka jest znacznie mniejsza niż oczekiwano, ponieważ jego mózg nie rozwinął się prawidłowo. Zaburzenia neurorozwojowe dotykają około pięciu procent dzieci i młodzieży na całym świecie i prowadzą do upośledzenia funkcji poznawczych, komunikacji, zachowań adaptacyjnych i umiejętności psychomotorycznych.
Badania z wykorzystaniem muszek owocowych
Aby zbadać tę aktywację, naukowcy zwrócili się ku Drosophila lub muszki owocowe. Podobnie jak u ssaków, nerwowe komórki macierzyste muszek owocowych pozostają w stanie uśpienia, dopóki nie zostaną przebudzone. Ich ustalenia, opublikowane w Postęp naukiwykazali, że rodzaj komórek glejowych zwany astrocytami – tradycyjnie uważany za zapewniający wsparcie strukturalne i odżywcze – jest ważny w rozbudzaniu uśpionych nerwowych komórek macierzystych w mózgach muszek owocowych.
Korzystając z mikroskopii o superrozdzielczości i 10-krotnie powiększeniu, zespół naukowców zbadał maleńkie struktury włókien, które są cechą charakterystyczną uśpionych nerwowych komórek macierzystych muszek owocowych. Te drobne struktury o średnicy około 1,5 µm (czyli 20 razy mniejsze niż średnica ludzkiego włosa) to wypustki wystające z ciała komórki i są bogate we włókna aktynowe lub białkowe. Specyficzny rodzaj białka Formina może aktywować te włókna i powodować ich składanie.
Doktor Lin Kun Yang, który w czasie badania był pracownikiem naukowym w Duke-NUS i był pierwszym autorem, powiedział: „Postanowiliśmy skupić się na tej ścieżce, ponieważ różnice w poziomach forminy są powiązane z zaburzeniami neurorozwojowymi, takimi jak małogłowie u dzieci ludzie. Zrozumienie tej ścieżki może dostarczyć nowych informacji na temat opracowywania rozwiązań w leczeniu zaburzeń neurorozwojowych”.
Naukowcy zaobserwowali, że astrocyty uwalniają rodzaj białka sygnalizacyjnego zwanego zwiniętą gastrulacją lub mgłą, które wywołuje reakcję łańcuchową obejmującą aktywację szlaku białka forminy w celu kontrolowania ruchu włókien aktynowych. Ostatecznie procesy te budzą nerwowe komórki macierzyste ze stanu uśpienia. Następnie zaczynają się dzielić, tworząc nowe neurony, które przyczyniają się do naprawy i rozwoju mózgu.
Znaczenie białek GPCR
Białko receptorowe o nazwie GPCR w nerwowych komórkach macierzystych reaguje następnie na mgłę wydzielaną z astrocytów, aktywując szlak sygnalizacyjny kontrolujący tworzenie włókien aktynowych w nerwowych komórkach macierzystych. GPCR odgrywają główną rolę w podstawowych procesach komórkowych. W rezultacie rodzina białek GPCR stała się głównym celem leków stosowanych w leczeniu różnych chorób u ludzi: 34 procent leków zatwierdzonych przez FDA jest ukierunkowanych na tę rodzinę białek. Dlatego zrozumienie, w jaki sposób ten szlak sygnalizacyjny kontroluje reaktywację nerwowych komórek macierzystych, może zapewnić potencjalną strategię wykorzystania istniejących leków w leczeniu zaburzeń neurorozwojowych.
profesor Wang Hongyan, pełniący obowiązki dyrektora programowego programu badawczego Duke-NUS dotyczącego neurologii i zaburzeń zachowania; i starszy autor badania, powiedział: „Nasze odkrycia wnoszą nową wiedzę do ograniczonego zbioru badań nad mechanizmami regulującymi reaktywację uśpionych nerwowych komórek macierzystych. Dzięki odkryciu, że astrocyty odgrywają kluczową rolę w reaktywacji nerwowych komórek macierzystych, mamy teraz nowy sposób wpływania na zachowanie nerwowych komórek macierzystych”.
Profesor Patrick Tan, starszy prodziekan ds. badań w Duke-NUS, powiedział: „To nie tylko pogłębia naszą podstawową wiedzę na temat wpływu astrocytów na rozwój komórek mózgowych, ale także otwiera nowe możliwości udoskonalania terapii zaburzeń neurologicznych, starzenia się mózgu i urazów. ”
Naukowcy badają obecnie inne sygnały z astrocytów, które mogą wpływać na aktywność nerwowych komórek macierzystych. Planują także zbadać, czy podobne mechanizmy biorą udział w rozwoju ludzkiego mózgu.
Duke-NUS jest liderem w dziedzinie badań medycznych i edukacji, którego celem jest poprawa opieki nad pacjentem poprzez innowacyjne odkrycia naukowe. Badanie to stanowi część ciągłych wysiłków mających na celu pogłębienie wiedzy na temat podstawowych mechanizmów zachodzących w ludzkim mózgu w celu opracowania nowych podejść terapeutycznych, zwłaszcza dla pacjentów ze schorzeniami neurologicznymi.
Odniesienie: „Astrocyty kontrolują wyciszoną reaktywację NSC poprzez przebudowę F-aktyny za pośrednictwem sygnalizacji GPCR” autorstwa Kun-Yang Lin, Mahekta R. Gujar, Jiaen Lin, Wei Yung Ding, Jiawen Huang, Yang Gao, Ye Sing Tan, Xiang Teng, Low Siok Lan Christine, Pakorn Kanchanawong, Yusuke Toyama i Hongyan Wang, 24 lipca 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adl4694
Prace te były wspierane głównie przez National Research Foundation z Singapuru w ramach Narodowego Funduszu Badań Medycznych (NMRC) Open Fund – Individual Research Grant (MOH-000143) i Open Fund – Young Individual Research Grant (MOH-001236) i były administrowane przez Singapurską Ministerstwo Zdrowia za pośrednictwem biura NMRC, MOH Holdings Pte Ltd, przy dodatkowym wsparciu z kilku innych grantów.
