Одна молекула заставляет нервные клетки расти длиннее. Другой заставляет их расти ветвями. Эти новые экспериментальные манипуляции сделали исследователей на шаг ближе к пониманию того, как нервные клетки восстанавливаются после травм в самых отдаленных местах. Исследование было недавно опубликовано в Journal of Neuroscience.
"Если вы повредите периферический нерв, он самопроизвольно восстановится, но это будет происходить очень медленно. Мы пытаемся это ускорить," сказал доктор. Джеффри Твисс, профессор и заведующий кафедрой биологии Дрексельского университета в Колледже искусств и наук, который был старшим автором статьи.
Но, по словам Твисс, ученым еще предстоит многое узнать о том, как нервные клетки восстанавливаются. Он и его коллеги особенно заинтересованы в том, как восстанавливаются нервные клетки в их самых длинных участках, их аксонах. Аксоны могут достигать метра в длину в нервных клетках взрослого человека, простираясь от тела клетки к соседним нервным клеткам, с которыми они обмениваются сигналами. Восстановление длины поврежденных аксонов имеет важное значение для восстановления функции нервов, но координация этих восстановлений на большом расстоянии от ядра клетки включает в себя сочетание сложных процессов внутри каждой клетки. Чтобы получить представление об этих процессах, они сосредоточили исследования, включая настоящее исследование, на репаративных белках, которые создаются локально рядом с местом повреждения в аксоне нерва.
Доктор. Кристофер Доннелли, в настоящее время научный сотрудник Университета Джонса Хопкинса, руководил исследованием в рамках своей диссертационной работы в лаборатории Твисса в Университете Делавэра.
Доннелли и Твисс знали из своих предыдущих исследований, что две молекулы информационной РНК (мРНК), участвующие в управлении восстановлением поврежденных аксонов, конкурируют друг с другом на важном этапе восстановления повреждений. Молекулы мРНК, которые "победить" конкуренты получают возможность создать свой особый продукт с восстанавливающим белком.
Итак, экспериментально они подстроили конкуренцию между этими молекулами, чтобы увидеть, что произойдет. Может ли одна молекула помочь аксонам расти дольше и быстрее??
Технический процесс этих экспериментов был сложным, но ответы на них легко увидеть.
Они увидели больше разветвлений в аксонах, когда добавили больше мРНК, используемой для производства репаративного белка бета-актина, при этом убрав мРНК для белка GAP-43.
Но в противоположном эксперименте они получили желаемые более длинные и менее разветвленные аксоны, добавив мРНК, кодирующую GAP-43, и убрав ее для бета-актина.
По словам Доннелли, это был многообещающий результат для разработки потенциальных методов лечения. Когда нервы восстанавливаются после травмы, в настоящее время невозможно контролировать процесс их роста. Но, "если вы можете вызвать более длительный рост быстрее, чем разветвленный рост, вы можете помочь достичь цели более быстрого восстановления после травмы."
И все же другие модификации, избирательно удерживающие молекулы мРНК, привели к более коротким аксонам или к меньшему количеству ответвлений аксонов – и исследователи обнаружили, что они могут экспериментально и выборочно восстановить ветвление или удлинение роста в этих лишенных клетках. В соответствии с результатами первых экспериментов, добавление большего количества мРНК бета-актина снова восстановило ветвление аксонов, а добавление большего количества мРНК GAP-43 снова восстановило длину аксона.
Но ключевым моментом в этих экспериментах является то, что все изменения произошли только тогда, когда они добавили молекулы мРНК, которые функционировали как белки » "местный рецепт" используется специально для производства этих белков в аксонах нервов. В "стандартный рецепт" мРНК, которая заставляет клетки производить те же самые белки в теле клетки, не оказывает такого отчетливого воздействия на рост аксонов.
Авторы отметили, что этот экспериментальный метод манипулирования ростом аксонов ранее не тестировался. Они обнаружили большинство этих результатов с использованием нейронов взрослых крыс in vitro, но также подтвердили принципы in vivo с развивающимся спинным мозгом куриных эмбрионов в сотрудничестве с Dr. Джанлука Галло из Темплского университета.
"Это создает основу, необходимую для рассмотрения использования этих механизмов для улучшения регенерации в будущем," Твисс сказал. Это фундаментальное научное исследование потребует дальнейших испытаний на животных, прежде чем рассматривать какое-либо достижение человека как возможную возможность. Университет Дрекселя подал заявку на патент на методы, используемые в этих экспериментах, для избирательного управления трансляцией представляющих интерес молекул мРНК в аксонах.