Когда-то рассматриваемое просто как продуцент спинномозговой жидкости (CSF), омывающей головной и спинной мозг, сосудистое сплетение, как теперь известно, играет ключевую роль в развитии мозга и иммунитете. Эти отростки мозговой ткани, расположенные в полостях мозга, заполненных спинномозговой жидкостью, известных как желудочки, секретируют в спинномозговую жидкость поучительные сигналы, регулирующие развитие мозга. Они также функционируют как важный барьер между мозгом и остальным телом.
Мария Лехтинен, Ph.D., из Бостонской детской больницы проделали большую часть новаторской работы в понимании этой когда-то малоизвестной ткани. В новой работе, опубликованной в Cell, Lehtinen, Neil Dani, Ph.D., и другие коллеги из Boston Children’s и Broad Institute создали клеточную и пространственную "атлас" сосудистого сплетения на разных этапах жизни (раннее развитие, взросление, старость).
Карта служит ориентиром для ускорения будущих исследований, посвященных изучению регуляции этой крохотной, но влиятельной структуры мозга на протяжении всей жизни.
"Чтобы полностью понять сосудистое сплетение и его функции, нам нужно было определить составляющие его типы клеток и их молекулярный состав," – говорит Дэни, которая была соавтором статьи вместе с Ребеккой Хербст, доктором философии.D. студент Института Броуда. "Такое понимание отсутствовало в сообществе."
Удаление ткани сосудистого сплетения
Выделение ткани сосудистого сплетения от эмбриональных, взрослых и старых мышей было задачей само по себе. Это потребовало специальных подходов к микродиссекции, поскольку эти ткани лежат глубоко в желудочках головного мозга.
"Особенно сложно было выяснить, как отсечь неповрежденное сосудистое сплетение третьего желудочка," говорит Дэни.
Взяв в руки ткань каждого из трех желудочков животных, исследователи выполнили секвенирование РНК более 98000 клеток и ядер клеток, чтобы сравнить профили экспрессии их генов (какие гены были включены или выключены). Это позволило им каталогизировать различные типы и подтипы клеток сосудистого сплетения из каждого желудочка в разном возрасте – впервые это было сделано.
"Ранее мы проводили массовое секвенирование РНК ткани сосудистого сплетения, но это было все равно, что поместить все в блендер," говорит Лехтинен, который был соавтором статьи вместе с Наоми Хабиб, доктором философии.D. и Авив Регев, Ph.D. в Институте Броуда. "Мы не знали, какие клетки что секретируют. Секвенирование ячейка за ячейкой дает нам план того, какие ячейки и где находятся на протяжении всей жизни. Зная различные типы клеток, мы можем изучить их роли и функции, как они общаются друг с другом и как устроена ткань."
Инвентаризация сосудистого сплетения
Исследования выявили сложный "архитектура" ткани сосудистого сплетения, специфичной для каждого желудочка. Экспрессия генов особенно различалась среди эпителиальных и фибробластных клеток в развивающемся головном мозге.
"Мы думаем, что различия могут быть связаны с тем, чтобы помочь направить развитие близлежащих областей мозга," говорит Лехтинен. "Существуют разные «коктейли» факторов, секретируемых в разные желудочки по разному образцу."
Помимо основных типов клеток, исследователи обнаружили несколько подтипов нейронов. "Обычно считается, что сосудистое сплетение не имеет слишком большого количества нейронов," говорит Лехтинен. "То, что они делают в сосудистом сплетении, все еще обсуждается и экспериментируется."
Данные секвенирования также выявили различия в секреции клеток и молекулярном составе.
"Нас заинтриговала экспрессия инсулина в эпителиальных клетках развивающегося сосудистого сплетения третьего желудочка," говорит Дэни. "Является ли это жизнеспособным и функциональным центральным источником инсулина в головном мозге, требует дальнейшего изучения. Мы также обнаружили, что некоторые эпителиальные и мезенхимальные клетки экспрессируют рецепторы ACE2, которые вирус SARS-CoV-2 использует для проникновения в клетки. Это подчеркивает необходимость понимания того, как сосудистое сплетение функционирует не только при здоровье, но и при болезни."
Защищая мозг
Команда обнаружила большую иммунную активность в сосудистом сплетении, где находится несколько видов иммунных клеток, чаще всего макрофаги. Активность иммунной передачи сигналов варьировалась с возрастом, при этом больше воспалительных сигналов было обнаружено в образцах из старого мозга.
"Теперь мы можем начать анализировать, как активируются разные популяции иммунных клеток и как они реагируют на травмы," говорит Лехтинен. "Это дает нам базовый уровень и набор молекулярных маркеров, на которые можно начать смотреть."
Другие находки показали расположение артерий, вен и капилляров в сосудистом сплетении и их организацию по отношению к соседним областям мозга.
"Некоторые из этих сосудов экспрессируют белки гематоэнцефалического барьера, которые ранее не описывались" отмечает Дэни. "После того, как мы нанесли их на карту, мы обнаружили, что они связаны с артериями из соседних областей мозга."
Терапевтическое “ окно ”?
Имея в своем распоряжении этот ресурс, научному сообществу теперь есть над чем поработать. Лехтинен и Дэни считают, что если лучше понять сосудистое сплетение, оно может стать мишенью для неврологических препаратов.
"Генная терапия, направленная на спинномозговую жидкость и сосудистое сплетение, может быть захватывающим терапевтическим подходом," говорит Лехтинен. "Это не исправит все, но может иметь ощутимые последствия."
В другой работе Лехтинен и его коллеги недавно показали, что до рождения сосудистое сплетение может быть каналом для воспаления, вызванного материнской инфекцией, что открыло путь для исследований состояний нервного развития, таких как аутизм. Другое исследование показало, что белок в сосудистом сплетении помогает снизить уровень избыточной жидкости в головном мозге, потенциально обеспечивая мишень для лечения гидроцефалии.