Новая стратегия лечения повреждений центральной нервной системы

Нейробиологи из Калифорнийского Университета Сан-Диего (UC San Diego, США) продемонстрировали, как молекулярные сигналы, которые руководят развитием нервной системы, можно использовать для восстановления после травматического повреждения. Полученные данные были опубликованы в журнале Nature Neuroscience.

Большинство людей с травматическими повреждениями имеют неполное нарушение работы нейронных цепей, но, как показало новое исследование, эти функции можно частично восстановить. Результаты исследования биологов из Калифорнийского Университета Сан-Диего показали, что удаление гена, который кодирует поверхностный рецептор сигнальных белков Ryk, контролирующих развитие нервной системы во время роста организма, повышает способность взрослых мышей восстанавливать их поврежденные нервные цепи после травмы спинного мозга.

«Мы получили первое генетическое доказательство того, что эти сигнальные белки, играющие важную роль в развитии нервной системы во время роста организма, влияют на то, как аксоны центральной нервной системы реагируют на повреждение спинного мозга. Это говорит о том, что многие другие сигналы, действующие в дополнение к этим сигнальными белками, также могут участвовать в восстановлении взрослого спинного мозга. Полученные данные о развитии нервной системы можно использовать при разработке новых методов лечения паралича, развивающегося в зрелом возрасте», – говорит руководитель исследования Ямин Жу (Yimin Zou), профессор нейробиологии, глава Отдела Нейробиологии при Отделении Биологических Наук Калифорнийского Университета Сан-Диего (UC Neurobiology Section of UC San Diego's Division of Biological Sciences).

Сигнальные белки Wnt играют важную роль в межклеточной коммуникации. Во время развития нервной системы они определяют, в какой тип нервных клеток превратятся молодые нейроны, и как они будут организованы в пространстве.

Более десяти лет назад Жу и его коллеги показали, что градиенты белков Wnt-сигналинга в развивающемся эмбрионе направляют рост аксонов – отростков нервных клеток, которые соединяют нейроны в высокоорганизованную сеть. Кроме того, ученые показали, что Wnt и их рецепторы не экспрессируются или экспрессируются на очень низком уровне во взрослом спинном мозге и моторной коре головного мозга. Но у мышей, перенесших травму спинного мозга, белки Wnt вновь появляются вокруг пораженной области спинного мозга, в то время как рецептор для белков Wnt, Ryk, возникает у нейронов моторной коры, от которой распространяются аксоны к спинному мозгу для управления движениями тела.

Чтобы установить роль белков Wnt в восстановлении спинного мозга, ученые получили штамм мышей, у которых можно было удалить рецептор Ryk из моторной коры взрослой особи.

«В этом случае животные могут нормально развиваться, а мы можем оценить роль рецептора Ryk в организме зрелого животного и установить, ингибирует ли это повторный рост аксона после травмы», – говорит Жу.

Используя эту линию мышей и контрольную группу здоровых животных, ученые повреждали задний столб (нервный путь в белом веществе спинного мозга) в области 5 шейного позвонка с целью имитировать частичное повреждение спинного мозга у мышей. Это повредило моторные и сенсорные аксоны животных, но сохранило серое вещество и остальную часть белого вещества в их спинном мозге.

«Как и у людей с частичным повреждением спинного мозга, сенсорную и моторную функции у мышей можно частично восстановить за счет реабилитационного обучения, – говорит Жу. – Мы использовали специальную задачу, чтобы проверить способность животных использовать кору головного мозга для управления движениями, требующими практического навыка. Обычно мыши не используют свою переднюю конечность для того, чтобы захватывать пищевые гранулы. Однако, их можно этому обучить. После тренировки мы выборочно повреждали нервные волокна, которое посылают команды для точного управления моторными движениями (кортикоспинальный нервный путь, представляющий собой нисходящие волокна в заднем столбе) и наблюдали за тем, как точный контроль над движениями восстанавливался с помощью реабилитационного обучения».

После обучения мыши, у которых не было рецептора Ryk, выздоровели значительно быстрее через месяц после травмы, и их состояние улучшилось в течение следующих месяцев.

«Мы показали, что удаление рецептора Ryk не только улучшает результаты функционального восстановления, но и ускоряет его. Если данный результат можно будет достичь у человека, то это позволит значительно улучшить восстановление и качество жизни людей с частичными повреждениями спинного мозга», – говорит Жу.

Исследователи также получили моноклональные антитела, которые блокировали функцию рецептора Ryk. Эти антитела значительно улучшили восстановление тонких двигательных навыков у крыс с аналогичной травмой спинного мозга, что было оценено вышеописанными двигательными навыками.

«Эти моноклональные антитела могут быть перспективным терапевтическим инструментом не только для терапии повреждений спинного мозга, но лечения черепно-мозговых травм и инсульта. Было также показано, что максимального восстановления после повреждения спинного мозга можно достичь только путем сочетания молекулярных модификаций с реабилитационным обучением. Это важно для разработки терапевтических стратегий», – говорит Жу.

По материалам University of California - San Diego

Оригинальная статья:
Edmund R Hollis, Nao Ishiko, Ting Yu, Chin-Chun Lu, Ariela Haimovich, Kristine Tolentino, Alisha Richman, Anna Tury, Shih-Hsiu Wang, Maysam Pessian, Euna Jo, Alex Kolodkin, Yimin Zou. Ryk controls remapping of motor cortex during functional recovery after spinal cord injury. Nature Neuroscience, 2016; DOI: 10.1038/nn.4282