Лекция 10. 9.11.06.
Нейрогенез во взрослом организме.
Бытовало мнение, что нейроны во взрослом состоянии в организме не появляются. Нейроны только погибают, в частности оттого что не используются. Но некоторые эксперименты и наблюдения не совпадали с этой точкой зрения. В частности наблюдения за птицами показали, что репертуар, которым самец привлекает самку, очень разнообразен и меняется с возрастом – пение продукт труда и научения. Этот процесс возобновляется и проходит заново каждый год – птица забывает навыки и учится им заново. У самца участки нейронов в головном мозге, ответственные за пения больше, чем у самки, в период пения, а в спокойный период такого же размера. Это динамическое изменение участка мозга навело исследователей на мысль, что существует механизм, способствующий появлению дополнительных нейронов. Данное предположение было доказано опытами. Исследователи пришли к выводу, что мозг способен к генерации новых нейронов – нейрогенезу. Нейрогенез стимулируется появлением новой функции, для которой нужны дополнительные нейроны.
Существует несколько дискретных зон нейрогенеза во взрослом организме:
1)субвентрикулярная зона (в стенках литеральных желудочков), в которой клетки делятся и оттуда новые клетки мигрируют к новой коре и обонятельной луковице;
2)субгранулярная зона (в одном слое зубчатой извилины гиппокампа) откуда клетки мигрируют на небольшое расстояние в гиппокамп;
3)локальные зоны коры – височная кора и префронтальная кора (спорное утверждение, не все с ним согласны).
Процессы памяти стимулируют нейрогенез, каждый раз, когда человек старается что-то запомнить, он стимулирует рождение новых нейронов.
Нейрогенез наиболее интенсивно представлен в гиппокампе, именно он реагирует на новизну и сравнивает полученное с уже имеющимся. Клетки, которые появились в гиппокампе идут именно в гиппокам.
Появление новых нейронов у взрослого организма возникает как компенсаторная на травму, ишемию мозга, возникновение судорожной электрической активности.
Нейрогенез стимулируется:
1)активностью организма (обогащённая среда, физическая нагрузка, интенсивные социальные контакты);
2)обучение (приобретение знания, выработка навыков, умений);
3)появление новой потребности.
Нейрогенез идёт в несколько этапов:
1)пролиферация стволовой клетки (деление клетки, иногда происходит вторичное деление дочерних клеток);
2)миграция её дочерних клеток к своим структурным мишеням (хорошо изучен путь к обонятельной луковице, так как именно там быстрее всего нейроны заменяются);
3)дифференциация – превращение стволовой клетки в специализированную (нейрон или глия).
Не все стволовые клетки способны к делению, деление есть вертикальное (одна остаётся запасной, а вторая дифференцируется в другую) и горизонтальное (две одинаковые клетки). Клетка после деления не имеет отростков, только сома. Дифференциация может проходить уже во время миграции, чем ближе к целевой зоне, тем больше специализируется нейрон. Миграция может происходить во все области коры, например, в случае травмы и необходимости замещения погибших нейронов. Новые нейроны встраиваются в повреждённую зону, приобретают характеристики окружающих нейронов. То есть полную специализацию нейрон приобретает на месте. Сам факт встраивания и специализации многократно доказан. Для движения существует несколько ориентиров в мозге. Для движения необходимы сигналы из среды и рецепторы на клетке, которые примут сигналы. В одних случаях движение нейрона идёт по глии, в других растёт аксон (по шероховатостям или химическим сигналам), есть ещё генетическая программа, которая заставляет замечать маркеры и после них совершать определённые действия.
Химическое вещество, известное как BrdU попадая в мозг, на стадии пролиферации – деления клеток, соединяется с ДНК клеток. Соединяется с новорожденной дочерней клеткой, которая получает таким образом метку.
Процесс дифференциации новых клеток включает экспрессию генов, последовательно захватывающей различные участки ДНК.
Экспрессия вещества ТиЛ – признак принадлежности клетки к нейрону, который находится как на начальной стадии становления, так и на стадии появления его зрелой формы.
Экспрессия NeuN – маркер сформированного нейрона
GFAP – маркер глиальной клетки (астроцита)
CNP – маркер олигодендроглии.
Путь миграции прослеживают с помощью подсчёта клеток, отмеченных тем или иным маркером.
Нейрогенез в обонятельной луковице – дочерные клетки идут по пути в обонятельные луковицы, за процесс миграции стволовых клеток ответственен определённый ген. Нокаут гена, ответственного за миграцию нейробластов по ростральному пути в обе обонятельные луковицы приводит к тому, что клетки не идут, а сталкиваются друг с другом, а животное теряет обоняние.
Зоны нейрогенеза различаются интенсивностью и скоростью процесса.
Не все нейроны, которые встроились в структуру выживают. Выживание зависит от того, насколько активно они начинают использоваться. Есть фаза роста, фаза сохранения и фаза гибели новорожденных нейронов.
Депрессия и стресс уменьшают объём гиппокампа и количество новых нейронов.
Антидепрессанты увеличивают число новых нейронов в гиппокампе.
Если заблокировать нейрогенез, то антидепрессанты перестают ослаблять депрессию.
Стресс нарушает нейрогенез в гиппокампе, что проявляется на поведенческом уровне в ухудшении результатов обучения:
-влияние пренатального стресса
-стресс, связанный с длительным формированием трудного навыка (нахождение платформы под водой).
Результаты показали, что, несмотря на обучение, нейрогенез ухудшен.
Нейрогенез нарушается так же наркотиками и алкоголем (снижение когнитивных способностей и памяти). Алкоголь не влияет на нейрогенез обонятельной луковицы, но очень сильно снижает нейрогенез гиппокампа. Эффект употребления алкоголя нарастает со временем. Так же под влиянием алкоголя резко снижается выживаемость новорожденных нейронов. Растёт число повреждённых клеток, происходит разрушение ядер.
Апаптоз – генетически запрограммированная смерть клетки. Новорожденные нейроны погибают. Чтобы клетка выжила, она должна получить много связей с окружающими клетками. Нужны сильные синапсы, сила определяется тем, насколько сильный сигнал посылает клетка другому нейрону, а соответственно и получает ответ в виде нейротропического фактора, который действует и на ядро клетки. Если этого нет, то клетка гибнет – дефицит нейротропического фактора вызывает запуск генома смерти – апаптоза. Это система утилизации неиспользуемых нейронов.
Существует сходство нейрогенеза во взрослом организме с созреванием нейронов в онтогенезе.