Биологи НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ с помощью плодовых мушек (Drosophila melanogaster) изучают влияние нарушений функций гена swiss cheese(далее sws) на взаимодействие нервных и глиальных клеток. Полученные данные могут быть использованы для объяснения причин возникновения нейродегенеративных заболеваний у человека.
Этому посвящена работа «Нейрон-глиальное взаимодействие при нейродегенерации, обусловленной подавлением экспрессии гена sws Drosophila», за которую лаборант-исследователь лаборатории экспериментальной и прикладной генетики Отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Е.В. Рябова получила именную Стипендию им. С.Е. Бреслера за работы в области биологии для молодых ученых и специалистов Института на 2020 год.
Нейродегенеративные заболевания (НДЗ) вызывают поражение нервной системы человека, развиваются, в основном, с возрастом и затрагивают жизненно важные функции организма. Нервная система состоит из двух типов клеток: нейронов и глии. Долгое время считалось, что глиальные клетки выполняют вспомогательные функции, однако последние исследования показывают, что нарушение их работы вызывает также и гибель нейронов, то есть ведёт к нейродегенерации. Например, олигодендроциты – один из типов глиальных клеток в центральной нервной системе, или шванновские клетки – единственный тип глиальных клеток в периферической нервной системе. В норме они изолируют аксоны для улучшения проведения электрического сигнала между нейронами. Нарушения функционирования этих клеток вызывает разрушение изолирующего слоя на отростках нейронов и, как следствие, – гибель нейрона. Подобные процессы приводят к возникновению ряда заболеваний человека, к которым относится и спастическая параплегия. При этом у больных нарушается работа периферической нервной системы, из-за чего страдают нижние и верхние конечности. Различают более 74 форм данного заболевания, и в настоящий момент известно уже 55 генов, связанных с ним. Одним из таких генов является Neuropathy Target Esterase (NTE). Мутации в нем вызывают не только спаситическую параплегию, но и приводят к целому ряду других редких заболеваний: синдромам с англоязычными названиями Gordon-Holmes, Boucher-Neuhäuser, Laurence-Moon, Oliver-McFarlane и некоторых других.
Для изучения механизмов развития патологий в организме человека используют «модельных» животных. К таковым относится Drosophila melanogaster (плодовая мушка), которая уже более 100 лет успешно используется в биологии. Как оказалось, многие гены млекопитающих иDrosophila melanogaster схожи по своим функциям. В частности, ортологом гена NTE человека является ген sws плодовой мушки. Он был открыт в 1997 году и назван так из-за того, что мутации в нем вызывают образование пустот (так называемых вакуолей) по всему мозгу. При этом мозг насекомого становится настолько «дырявым», что по структуре напоминает швейцарский сыр. Группа ученых НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ давно работает над изучением этого гена и выяснила, что нарушение его работы имеет разнообразные последствия. Одно из них – гибель определенного типа глиальных клеток, образующих защитный барьер (гематоэнцефалический барьер) мозга. Другое – изменение уже на ранней стадии развития насекомого структуры нейромышечных контактов, которое у взрослых мух может вызывать нарушение двигательной активности. Именно нейромышечные контакты отвечают за иннервацию мышц, а значит, за управление сокращением мышцы и, в результате, - за реализацию движения конечностей.
«Цель моей работы – понять, в каких именно типах клеток периферической нервной системы Drosophila melanogaster важна функция гена sws. Для этого мы анализируем три типа глиальных клеток, которые изолируют и защищают периферические нейроны, идущие к конечностям насекомого. А при нарушении их структуры проанализировать морфологию и функцию нейромышечных контактов у взрослых мух (так называемое нейрон-глиальное взаимодействие)», - поясняет Елена Рябова.
В данном исследовании ученые выяснили, в каких типах клеток нервной системы (нейроны и глия) экспрессируется ген sws, проверили влияние его дисфункции на моторные нейроны у личинок третьего возраста Drosophila melanogaster и исследовали влияние его дисфункции на различные типы глии: поверхностная глия, глия кортекса и глия нейропиля, а также глии на периферии. В настоящее время исследование продолжается, и теперь надо оценить, как влияет дисфункция глии в периферической нервной системе на моторные нейроны (нейрон-глиальное взаимодействие).
Изучение этих процессов у Drosophila melanogaster поможет понять функции его ортолога, гена NTE и пролить свет на причины возникновения некоторых нейродегенеративных заболеваний человека, таких как наследственная спастическая параплегия.