Известно, что клетки мозга, которые размножаются, чтобы помочь птицам лучше петь во время сезона размножения, естественным образом отмирают в конце года. Впервые исследователи описали серию событий, которые каждую весну сигнализируют о росте новых нейронов, и все это, похоже, начинается с сигнала от умирающих клеток предыдущей осенью, который заставляет мозг начать производство стволовых клеток.
По словам Трейси Ларсон, если ученые смогут и дальше задействовать этот процесс и понять, как работают эти сигналы, это может привести к способам использования этих сигналов и стимулированию замены клеток в человеческом мозгу, которые потеряли нейроны естественным образом из-за старения, тяжелой депрессии или болезни Альцгеймера. , докторант Вашингтонского университета по биологии. Она ведущий автор статьи в сентябре. 23 Journal of Neuroscience о рождении клеток мозга, которое следует за естественной смертью клеток мозга.
Нейробиологам давно известно, что новые нейроны генерируются во взрослом мозге многих животных, но рождение новых нейронов – или нейрогенез – у млекопитающих и людей, по-видимому, ограничено, особенно там, где новые нейроны генерируются после удара по голове. , инсульт или другая физическая потеря клеток мозга, – сказал Ларсон. Этот процесс, называемый "регенеративный" нейрогенез, изучается у млекопитающих с 1990-х гг.
По словам Ларсона, это первое опубликованное исследование, посвященное изучению способности мозга заменять клетки, которые были потеряны естественным путем.
"Многие нейродегенеративные расстройства не вызваны травмой," соавторы пишут, "поэтому очень важно определить, происходит ли и как реактивный нейрогенез при нейродегенеративных состояниях, не вызванных травмой."
Исследователи работали с белыми коронованными воробьями Гамбеля, средним видом длиной 7 дюймов (18 сантиметров), который гнездится на Аляске, а затем зимует в Калифорнии и Мексике. Иногда в стаях из более чем 100 птиц они могут быть настолько многочисленны в некоторых частях Калифорнии, что считаются вредителями. Те, что в этой работе, прибыли из Восточного Вашингтона.
Как и большинство певчих птиц, белоснежные воробьи Гамбеля испытывают рост в той области мозга, которая контролирует воспроизведение песни во время сезона размножения, когда превосходная песня помогает им привлекать партнеров и определять свою территорию. В конце сезона, вероятно, из-за того, что наличие дополнительных клеток требует больших затрат энергии и стероидов, которые им требуются, клетки начинают естественным образом умирать, и пение птиц ухудшается.
С белыми воробьями Гамбеля особенно хорошо работать, потому что их цикл размножения тесно связан с количеством получаемого солнечного света. Дайте им 20 часов света в лаборатории вместе с правильным увеличением стероидов, и они готовы к размножению. Уменьшите свет до восьми – 12 часов и уменьшите дозу стероидов, племенное поведение закончится.
"По мере того, как уровень гормонов снижается, клетки в части мозга, контролирующей песню, больше не имеют сигнала «оставаться в живых»" Ларсон сказал. "Эти клетки подвергаются запрограммированной клеточной смерти – или клеточному самоубийству, как некоторые называют это. По мере того, как эти клетки умирают, вероятно, они испускают какой-то сигнал, который каким-то образом передается стволовым клеткам, находящимся в головном мозге. Независимо от того, что это за сигнал, затем эти клетки начинают делиться и заменяют потерю клетки, которая отправила сигнал, чтобы начать с."
Следующей весной все, что нужно, – это увеличить количество стероидов, и новые клетки начнут размножаться в песенном центре мозга.
"В этой статье не описана точная природа сигналов, стимулирующих распространение," Ларсон сказал. "Мы просто описываем феномен, что существует связь между отмиранием клеток и пролиферацией стволовых клеток. Нахождение сигнала – следующий шаг."
"Трейси действительно справилась с этим, заблокировав гибель клеток в конце сезона размножения," сказал Элиот Бреновиц, профессор психологии и биологии Университета штата Вашингтон и соавтор статьи. "Есть химические вещества, которые можно использовать, чтобы отключить путь самоубийства клеток. Когда это было сделано, гораздо меньше стволовых клеток делились. Вы не получите такого большого всплеска рождения новых нейронов. Это важно, потому что это показывает, что в умирающих клетках есть что-то, что запускает процесс замещения.’
"Нет причин думать, что то, что происходит в мозгу птицы, не происходит и в мозге млекопитающих, в человеческом мозге," Бреновиц говорит. "Насколько нам известно, одинаковые молекулы, одинаковые метаболические пути, одинаковые гормоны. Это конечная цель всего этого – выявить эти молекулярные механизмы, которые будут использоваться для восстановления человеческого мозга."
У млекопитающих область мозга, которая контролирует обоняние, и та, которая, как считается, играет роль в воспоминаниях, может производить крошечное количество новых клеток мозга, но непонятно, как и почему. Количество новых клеток настолько низкое, что попытка идентифицировать и количественно определить, заменяются ли умирающие клетки, и если да, то какие шаги, которые необходимо выполнить, намного сложнее, чем при использовании певчей птицы, такой как белоснежный воробей Гамбеля, сказали Ларсон и Бреновиц.