В рамках нашего портала мы очень часто пишем про нейроны, серое, белое и чёрное вещество, и совсем упустили из виду самый распространённый тип клеток нашего мозга – глиальные клетки. По такой спорной и неизвестной для большинства теме мы решили получить информацию, что называется, из первых рук. Представляем вам интервью с Сергеем Каспаровым, профессором молекулярной биологии Университета Бристоля и профессором - исследователем Института живых систем БФУ им. Канта, специализирующегося на исследованиях одной из популяций глиальных клеток – астроцитах.
-Существует распространённое заблуждение, что в мозге есть только нейроны. На самом деле бОльшую часть занимают вовсе не о ни, а так называемые глиальные клетки. Расскажите о них.
Все знают, что в мозге есть нейроны, которые являются своеобразными «вычислительными элементами». Это электровозбудимые клетки, которые генерируют потенциал действия, а различные взаимодействия между нейронами «помогают» нам принимать решения, контролируют рефлексы и ещё очень и очень многое. Но кроме нейронов в мозге есть еще одна большая группа других клеток, не генерирующих потенциал действия. Они по своему общему развитию и происхождению довольно близки к нейронам, но ими не являются. В своё время, когда гистология только начала формироваться, микроскопы были простые, и люди не могли увидеть эти клетки «отдельно» друг от друга, поэтому глиальные клетки представлялись чем-то вроде такого клея, склеивающего нейроны, откуда и пошло название «глия» от «glue», то есть клей. Но потом стало ясно, что это в общем-то отдельные клетки и там есть несколько популяций этих клеток и у них разные функции, свойства, формы. Одна из популяций, изучением которой занимается наша лаборатория, называется астроциты, также есть олигодендроциты, которые взаимодействуют с нейронами и очень важны для проведения потенциала действия, есть микроглия, которая является своеобразной иммунной системой, хотя по сути это не совсем иммунные клетки, но выполняют схожие функции, например, взаимодействуют с патогенами. Примерно это и есть глия – три основные популяции не нейрональных клеток, которые взаимодействуют с нейронами и обеспечивают работу мозга.
Если же говорить о том, чем занимаются астроциты, то это метаболическое обеспечение деятельности нейронов, транспорт разных молекул. Астроциты выполняют роль такого интерфейса между нейронами и капиллярами, по которым идет кровь. Кроме того, именно эти клетки регулируют внеклеточные концентрации ионов и различных нейромедиаторов. Существует масса других функций, хоть те же астроциты и не способны генерировать потенциал действия, они могут изменять активность нейрональной сети. За счет того, что, например, она становится более или менее возбудимой: концентрация трансмиттеров меняется. Эффект не мгновенный и не сфокусированный, поэтому астроциты могут регулировать активность синапсов только на уровне популяций нейронов. Но зато эффекты получаются в каком-то смысл более глобальные.
Например, мы с коллегами из Лондона показали, что астроциты в определённой части мозга участвуют в процессе регуляции дыхательного ритма. Они не сами конкретно задают этот ритм, но влияют на активность нейронов, которые находятся в определённых зонах. Именно при их содействии нейронные сети генерируют сигнал для дыхания.
- Была информация, что глиальные клетки имеют способность сокращаться или же пульсировать. Так ли это?
Это история довольно запутанная. Дело в том, что объём любой клетки может увеличиваться, если в ней оказывается больше осмотически активных ионов, например, натрия. И так как вода «идёт» за натрием, получается будто отёк. Объём астроцитов может меняться и даже может это делать достаточно динамично, это вопрос может быть даже нескольких минут. Я не думаю, что этот процесс уникален для астроцитов, так как любая клетка будет делать то же самое.
Я знаю, наверно, откуда могло это пойти. Была статья, где писали, что во время бодрствования объём внеклеточного пространства уменьшается, а сами астроциты увеличиваются в размерах, а во время сна они как бы сжимаются, но, конечно, не так как мышцы, а за счет осмотического эффекта. Пространство между клетками увеличивается, что приводит к более «лёгкому» распространению макромолекул. По сути речь идёт о некоем дренаже. Коллеги ещё сделали вывод, что нарушение дренажа в мозге приводит к накоплению различных патогенных белков, что в свою очередь может вызывать болезнь Альцгеймера. Но есть ли действительно связь между сном и болезнью Альцгеймера - это ещё надо доказать.
-Сейчас именно с этой болезнью связывают очень многое. Как раз и к Вам такой вопрос, выявлена ли связь между нейродегенеративными заболеваниями и глиальными клетками?
Ну, вы знаете, на эту тему мы сейчас подготовили большой обзор. Там на эту тему страниц 20. На самом деле существует очень много механизмов. Глия, даже если говорить только об астроцитах, конечно, в нейродегенеративных процессах завязана очень плотно. Хотя и микроглия, и олигодендроциты в этом наверняка как-то замешаны.
- Какие планы у Вас на дальнейшие исследования?
Меня больше всего интересуют процессы сигнализации между астроцитами и нейронами или астроцитами и астроцитами. Дело в том, что процесс вот этого «межклеточного диалога» очень неясен. Там в мозге есть много явно «недоисследованных» сигнальных механизмов. А интерес это представляет потому, что каждый сигнальный механизм потенциально является мишенью для препаратов. Меня интересуют различные «новые рецепторы». Мы знаем, что они там есть, но не знаем, что они делают.
Сейчас, например, мы работаем над рецептором, который сильно экспрессирован (распространён – прим. ред.) на астроцитах. И вот мы знаем, что они обладают способностью каким-то образом защищать астроциты от различных стрессовых факторов. Практически от любых стрессоров, гипоксии и проч. Этот рецептор мало изучен, мы пока мало понимаем, какая у него именно физиологическая и патогенная функция.
Мне хочется попытаться выйти на такое, что, хотя бы потенциально, имеет клиническое применение.
Одно из новых направлений: исследование глиомы (опухоли), которая тоже связана каким-то образом с астроцитами. Но пока что мы не сильно углубляемся в эту тему, только начинаем.