Годы исследований мышей приводят к открытию того, как аутофагия удерживает нервные стволовые клетки в состоянии заменить поврежденный мозг и нервные клетки.
Глубоко внутри вашего мозга, легион стволовых клеток готов превратиться в новые мозговые и нервные клетки всякий раз, когда вам это нужно. Пока они ждут, они держатся в состоянии постоянной готовности – готовы стать любым типом нервной клетки, который вам может понадобиться, когда возраст ваших клеток или их повреждение.
Теперь новые исследования ученых из Медицинской школы Университета Мичигана показывают ключевой способ, которым они это делают: через тип внутренней «весенней уборки», которая как очищает мусор внутри клеток, так и удерживает их в состоянии стволовых клеток.
В статье, опубликованной в Интернете в Nature Neuroscience, команда U-M показывает, что определенный протеин, называемый FIP200, регулирует этот процесс очистки в нервных стволовых клетках у мышей. Без FIP200 эти важнейшие стволовые клетки страдают от собственных отходов, а их способность превращаться в другие типы клеток уменьшается.
Было показано, что этот процесс самоочистки клеток, называемый аутофагами, является важным для нервных стволовых клеток.
Выводы могут помочь объяснить, почему стареющие мозги и нервные системы более подвержены болезням или постоянному повреждению, поскольку замедляющая скорость самоочищающейся аутофагии препятствует способности организма развернуть стволовые клетки для замены поврежденных или пораженных клеток. Если результаты переходят от мышей к людям, исследование может открыть новые пути профилактики или лечения неврологических состояний.
В соответствующей обзорной статье, опубликованной онлайн в журнале Autophagy, ведущий ученый U-M и коллеги со всего мира обсуждают растущие доказательства того, что аутофагия имеет решающее значение для многих типов стволовых клеток ткани и эмбриональных стволовых клеток, а также для стволовых клеток рака.
По мере того как авторы считают, что лечение на основе стволовых клеток продолжает развиваться, авторы, по мнению авторов, будут все более важны, чтобы понять роль аутофагии в сохранении здоровья стволовых клеток и способности стать различными типами клеток.
«Процесс создания новых нейронов из нервных стволовых клеток и важность этого процесса достаточно хорошо понят, но механизм на молекулярном уровне не ясен», – говорит Джун-Линь Гуан, доктор философии, старший автора документа FIP200 и автора-автора статьи об аутофагии и стволовых клетках. «Здесь мы показываем, что аутофагия имеет решающее значение для поддержания нервных стволовых клеток и дифференциации и показывает механизм, посредством которого это происходит».
Через аутофаги он говорит, что нейронные стволовые клетки могут регулировать уровни реакционноспособных видов кислорода, иногда называемых свободными радикалами, которые могут накапливаться в среде с низким содержанием кислорода в областях мозга, где проживают нервные стволовые клетки. Аномально более высокие уровни ROS могут привести к тому, что нервные стволовые клетки начинают дифференцироваться.
Гуан является профессором отдела молекулярной медицины и генетики Департамента внутренней медицины U-M, а также в отделе клеточной и развивающей биологии.
Длинный путь к открытию
Новое открытие, сделанное после 15 лет исследований, финансируемых Национальными институтами здравоохранения, показывает важность инвестиций в лабораторные исследования – и роль уверенности в исследованиях.
Гуань изучает роль FIP200, чье полное имя – это семейство фокальной адгезии к киназе, взаимодействующее с белком 200 кДа – в клеточной биологии уже более десятилетия. Хотя он и его команда знали, что это важно для клеточной активности, у них не было особой связи с болезнями. Вместе с коллегами в Японии они продемонстрировали свою важность для аутофагии – процесса, значение которого для исследований болезней продолжает расти, поскольку ученые больше узнают об этом.
Несколько лет назад команда Гуана наткнулась на подсказки, что FIP200 может быть важным в нервных стволовых клетках при изучении совершенно другого явления. Они использовали мышей, не содержащих FIP200, в качестве сравнения в исследовании, когда наблюдательный постдокторант заметил, что у мышей наблюдалась быстрая усадка областей мозга, где проживают нервные стволовые клетки.
«Этот эффект был более интересным, чем то, что мы на самом деле собирались изучить», – говорит Гуань, поскольку он предположил, что без FIP200 что-то наносит ущерб дому нервных стволовых клеток, которые обычно заменяют нервные клетки во время травмы или старения.
В 2010 году они работали с другими учеными U-M, чтобы показать важность FIP200 для другого типа стволовых клеток, которые генерируют клетки крови. В этом случае удаление гена, кодирующего FIP200, приводит к увеличению пролиферации и окончательному истощению таких клеток, называемых кроветворными стволовыми клетками.
Но с нейронными стволовыми клетками они сообщают в новой статье, что удаление гена FIP200 привело к тому, что нервные стволовые клетки умирают, а уровни ROS повышаются. Только предоставив мышам антиоксидант n-ацетилцистеин, ученые могли бы противодействовать этим эффектам.
«Понятно, что аутофагия будет важна в различных типах стволовых клеток, – говорит Гуан, указывая на новую статью в Autophagy, которая излагает то, что в настоящее время известно о процессе в гемопоэтических, нервных, раковых, сердечных и мезенхимальных (кости и соединительной ткани) стволовых клеток.
Собственные исследования Guan теперь изучают последствия дефектов в нейроэнцефалограмме нервных стволов – например, как связывается связь между нейронными стволовыми клетками и их нишами. Команда также изучает роль аутофагии в стволовых клетках рака молочной железы из-за интригующих результатов о влиянии делеции FIP200 на активность гена-супрессора опухоли р53, что важно для рака молочной железы и других типов. Кроме того, они изучат важность p53 и p62, еще одного ключевого белкового компонента для аутофагии, для самообновления и дифференцировки нервных стволовых клеток по отношению к FIP200.