Чтобы центральная нервная система могла взаимодействовать с остальным телом, головной и спинной мозг являются домашними нервами, которые отправляют и принимают сигналы через нейроны или нервные клетки. Это общение может происходить только потому, что структуры, известные как синапсы, позволяют этому процессу происходить.
Когда нервные клетки подходят достаточно близко друг к другу, чтобы сформировать синапс, они позволяют синаптическим пузырькам высвобождать химическое вещество, которое передает сигнал связи следующей клетке. Однако новое исследование Университета Нотр-Дам показало, что эти синаптические везикулы используются намного раньше, до образования синапсов, и что они также используются в формировании спинного мозга на раннем этапе развития.
"Наша исследовательская группа в Нотр-Даме хотела выяснить, какую роль синаптические везикулы, которые являются хорошо понимаемой частью коммуникативной головоломки нервной системы, могут иметь на раннем этапе развития, если таковые имеются," сказал Коди Смит, доцент биологических наук Элизабет и Майкла Галлахеров и автор исследования. "Эван Николс, ведущий автор, обнаружил, что задолго до того, как центральная нервная система будет завершена и нейронные коммуникации начнутся, синаптические пузырьки помогают нервным волокнам проникать в спинной мозг и способствуют правильному развитию."
Исследование было опубликовано в Current Biology при поддержке Центра наук о жизни Фреймана. Николс, выпускник 2019 года, закончил учебу в лаборатории Смита в качестве студента в Нотр-Дам, а сейчас является аспирантом Стэнфордского университета.
"Эван был ведущим автором нескольких статей, опубликованных в моей лаборатории," сказал Смит. "Было здорово наблюдать, как он так увлечен исследовательским процессом, и я с нетерпением жду новых замечательных работ от него. Я надеюсь, что это побудит больше студентов задуматься о том, как исследования – и, возможно, стать автором статьи – также могут быть частью их студенческого опыта."
При финансовой поддержке Альфреда П. Sloan Foundation, исследование показало, что ферменты, называемые ММП, также важны для формирования нервов спинного мозга и, следовательно, для развития нервной системы. Нервная система состоит из центральной нервной системы и периферической нервной системы, которые связаны между собой ганглием задних корешков. Когда Смит и его группа исследователей подавили активность фермента ММП, нервные волокна ганглиев дорзальных корешков остановились и не смогли войти в спинной мозг.
Смит говорит, что понимание того, какие элементы являются ключевыми для нормального или здорового формирования спинного мозга, например ферменты ММП, может помочь исследователям определить, как лучше всего бороться с различными заболеваниями.
"Изучение того, что происходит на раннем этапе развития, позволяет нам увидеть, как формируются нейроны по всему телу, и потенциально определить, как этот процесс может быть воспроизведен в целях регенеративной медицины, например, при травмах спинного мозга," сказал Смит, аффилированный член Центра стволовых клеток и регенеративной медицины в Нотр-Даме.
Кроме того, ферменты ММП были обнаружены в исследованиях, связанных с метастазированием рака или распространением рака на другие части тела. Поскольку было обнаружено, что ММП играют важную роль в инвазии спинного мозга ганглием задних корешков, Смит утверждает, что может существовать связь между молекулами, используемыми при инвазии нервов во время развития, и молекулами, которые используются, когда метастатические раковые клетки проникают в новую ткань тела.
Этот документ также был отмечен в журнале Nature Reviews Neuroscience.