Ученые нашли белок, необходимый для восстановления поврежденных нервов конечностей

Ученые из Медицинской Школы при Университете Вашингтона (Washington University School of Medicine, США) идентифицировали белок, необходимый для восстановления периферических нервов после повреждения. Полученные результаты помогут разработать эффективные методы восстановления поврежденных нервов конечностей, а также открывают новые возможности для исследований в направлении инициирования регенерации нервов центральной нервной системы, известных своей неспособностью к восстановлению после травмы. Результаты исследования опубликованы в июньском выпуске журнала Neuron.

Периферические нервы управляют движениями мышц конечностей, а также ответственны за тактильную чувствительность. В отличие от нервов центральной нервной системы, периферические нервы способны восстанавливаться после повреждения, однако механизмы, лежащие в основе регенерации нервных волокон, остаются плохо изученными.

Новое исследование показало, что передачу сигналов о повреждении нервной клетки контролирует белок DLK (dual leucine zipper kinase) (часто такое взаимодействие происходит на расстоянии в несколько футов). Таким образом, именно от этого белка зависит, будет ли запущена нейроном программа собственного восстановления.

«Белок DLK – ключевая молекула, ответственная за передачу сигнала о повреждении и генерацию ответной реакции на это повреждение, что позволяет ей контролировать регенерацию нервной клетки, - говорит врач Аарон ДиАнтонио (Aaron DiAntonio), профессор биологии развития из Медицинской Школы при Университете Вашингтона. – Как поврежденный нерв узнает о том, что он был поврежден? Как он обрабатывает эту информацию и включает программу восстановления и повторного роста соединений между нейронами? И почему отличается реакция на повреждение периферической и центральной нервных систем? Мы считаем, что белок DLK поможет ответить на эти вопросы».

Тела нервных клеток, содержащие ядра периферических нервов, расположены в спинном мозге. Во время ранних стадий эмбриогенеза эти нервы посылают длинные, тонкие, ветвящиеся отростки, называемые аксонами, к дистальным участкам верхних и нижних конечностей. Когда аксоны достигают своих целей, например, мышц, они прекращают свой рост и в течение всей жизни человека остаются практически неизменными. Исключение составляют случаи, кода происходит повреждение аксонов.

При повреждении аксона на участке между телом клетки и мышцей часть аксона, больше не связанная с телом клетки, начинает разрушаться. В предыдущих исследованиях было установлено, что белок DLK регулирует процесс разрушения аксонов. Известно, что у червей и мух белок DLK также участвует в образовании так называемого конуса роста аксона. Эта структура отвечает за удлинение концевого участка растущего аксона во время эмбриогенеза или после повреждения нерва.

Таким образом, образование конуса роста аксона является важным этапом раннего местного ответа на повреждение нерва. Поздний ответ на повреждение нерва может возникнуть спустя часы или даже дни после травмы. При этом ретрансляция сигналов, передающихся на большие расстояния, активирует гены, стимулирующие восстановление поврежденного нерва.

ДиАнтонио и его коллеги установили, что у мышей, в отличие от червей и мух, белок DLK не участвует в раннем ответе аксона на повреждение. Даже в отсутствие этого белка у мышей формируется конус роста аксона. Однако в отсутствие белка DLK тело нервной клетки, расположенное в спинном мозге далеко от области травмы, не получает информацию о том, что произошло повреждение. Без сигнала, содержащего информацию о повреждении, тело клетки не запустит программу восстановления, и конус роста аксона перестанет развиваться.

Много лет назад было показано, что после повторного повреждения аксоны восстанавливаются быстрее, чем после первого повреждения. Другими словами повреждение усиливает способность аксонов регенерировать. Продолжая исследования в этом направлении, научный сотрудник Юнг Юн Шин (Jung Eun Shin) и ее коллеги обнаружили, что белок DLK необходим для стимуляции ускоренного роста аксона.

«Нейрон, который был ранее поврежден, имеет совершенно другую программу регенерации, по сравнению с ранее не поврежденным нейроном», - говорит Шин. Ученые надеются установить отличия между этими типами нейронов, в частности, определить, какие факторы улучшают регенерацию после повторного повреждения. После того как исследовательская группа выяснила, что одним из таких факторов является активированный белок DLK, они планируют активировать его в нейроне, поврежденном в первый раз, и оценить, улучшит ли это регенерацию аксона.

По мнению ученых, результаты их исследования найдут свое применение при создании методов, позволяющих ускорить восстановление периферических нервов после повреждения, а также при разработке способов регенерации нервов центральной нервной системы. Например, известно, что некоторые важные факторы, регулируемые и активируемые белком DLK, не активны в центральной нервной системе.

«Поскольку такой тип передачи сигналов не наблюдается в центральной нервной системе, возможно, нервы «не знают», что они повреждены. Это очень интересное предположение», - рассказывает ДиАнтонио. Он отмечает, что ученым еще предстоит доказать, что активация белка DLK в центральной нервной системе может способствовать ее восстановлению.

На рисунках изображена регенерация аксона через две недели после повреждения седалищного нерва задней лапы мыши. Слева: аксоны (зеленого цвета) здоровой мыши доросли до нужной области в мышце (красного цвета). Справа: у мышей, лишенных белка DLK, даже через две недели после травмы аксоны не восстанавливаются. (фото: Jung Eun Shin)

По материалам Washington University in St. Louis

Оригинальная статья:
Shin JE, Cho Y, Beirowski B, Milbrandt J, Cavalli V, DiAntonio A. Dual leucine zipper kinase is required for retrograde injury signaling and axonal regeneration. Neuron. Online June 20, 2012.