Диссертация (Реакция глии спинного мозга мыши в условиях космического полёта и опорной разгрузки задних конечностей), страница 4

При этом влияние реактивных астроцитов на течение патологическогопроцессазависитотегостадии.Например,принейротравмеуGFAP-/виментин--мышей выявлено уменьшение количества синапсов вовремя острой фазы травмы, а в подострый период, наоборот, их количествоувеличивается [Wilhelmsson et al., 2004]. При инсульте у GFAP-/виментин-мышей объѐм патологического очага возрастает, что указывает на защитнуюрольастроцитоввэтихусловиях[Lietal.,2008].Удалениепролиферирующих реактивных астроцитов ухудшает регенерацию притравме спинного [Faulkner et al., 2004] и головного мозга [Myer et al., 2006].Второй вариант развития патологии при участии астроцитов связан сутратой или изменением их существенных функций [Burda et al., 2016].Атрофия, или функциональная астения, астроцитов были описаны длямногих неврологических заболеваний [Guillamon-Vivancos et al., 2015] и притоксическом повреждении ЦНС, например, при гипераммониемии илиэнцефалопатииВернике[Hazell,2009].Дегенеративныеизмененияастроцитов лежат в основе развития нейродегенерации, включая боковойамиотрофический склероз [Sica, 2013], болезнь Альцгеймера [Birch, 2014],болезнь Паркинсона [Niranjan, 2014] и болезни белого вещества [Miyamoto etal., 2015].

При функциональной астении астроциты оказывают угнетающеевлияние на синаптическую передачу и гомеостаз нейромедиатора. Атрофияастроцитов приводит к нарушению нервно-сосудистых связей и ослаблениюметаболической поддержки нейронов.Анализ механизмов повреждения мотонейронов, выполненный наразличных моделях бокового амиотрофического склероза, показал ключевуюроль астроглии в этом процессе [Philips et al., 2014]. При этом гибельастроцитов и их атрофия, связанная с потерей функции, предшествуютапоптозу нейронов, и эти изменения выявляются до проявления клиническихпризнаков [Ferri et al., 2004; Sica, 2012]. При болезни Альцгеймера важнойчастью раннего патогенеза заболевания является нарушение астроцитамисинтеза транспортѐра глутамата GLT-1/EAAT2 в различных отделах20головного мозга [Meeker et al., 2015].

На более поздних стадиях развитияболезни выявляется реактивный астроглиоз и активация микроглии.Роль астроцитов в патогенезе болезни Паркинсона остается неясной.У больных и на экспериментальных моделях болезни Паркинсона показано,что функция астроцитов связана как с нейротоксическим, так и снейропротекторнымдействием.Так,активацияциторотекторноготранскрипционного фактора Nrf2 (Nuclear factor erythroid 2-related factor 2) вастроцитахзащищаетмышейотMPTP-вызванногопаркинсонизма,активируя антиокисидантный ответ.Примутациигенахантингтинаhtt(4p16-3)развиваетсянейродегенеративное заболевание хорея Хантингтона, характеризующеесяпрогрессирующейгибельюГАМКергическихнейроноввбазальныхганглиях, особенно в хвостатом ядре и скорлупе.

Однако экспрессиямутагенного гена (mhtt) в одних только нейронах не может объяснитьключевые проявления болезни. Предполагается, что экспрессия mhtt являетсяпричиной изменения функции также и астроцитов. На модели хореиХантингтона R6/2 HD мыши с наличием 144 повторов кодона CAGвыявленнодефектноеснижениеmRNAGLT-1/EAAT2транспортѐраглутамата. Данное генетическое нарушение рассматривается в качествепричины увеличения уровня внеклеточного глутамата и эксайтотоксичности[Garbuzova-Davis et al., 2009; Douville et al., 2011].При невесомости и в условиях, моделирующих еѐ на Земле,структурно-функциональные изменения в скелетной мышце могут бытьрезультатом нарушения функции и пластичности синапсов.

для стабильногофункционирования которых является важным присутствие астроцитов[Hulsebosch et al., 2009; Clarke, Barres, 2013]. В так называемыхтрѐхкомпонентных синапсах (tripartite synapse) астроциты вырабатываютмолекулывнеклеточногоматрикса,такиекакхондроитинсульфатпротеогликаны, гепрансульфат протеогликан и тенасцин-С. Эти молекулыформируютповерхностныйкомпартмент,21которыйограничиваетлатеральную диффузию в синаптических мембранах и встраивание в нихглутаматных рецепторов [Frischknecht et al., 2009; Dityatev et al., 2010;Mironova, Giger, 2013].

Находясь в составе трѐхкомпонентного синапса,астроциты модулируют функции синаптических входов в мотонейроны и ихэлектрогенез.Вхондроитинсульфатрамкахконцепциипротеогликаныотрѐхкомпонетномсемействалектикановсинапсе(аггрекан,бревикан, нейрокан и версикан), содержащие в своем составе уникальныйлектиновый домен, являются облигатным компонентом микроокружениясинапсов.

Они образуют связи с гиалуроновой кислотой и тенасцином[Howell et al., 2012]. Бревикан был впервые описан как один из белков,связанных с синапсом [Seidenbecher et al., 1995]. Предполагается, чтолектиканыобеспечиваютстабильностьсинапсов,сдерживаютихструктурную и функциональную пластичность, ингибируют рост дендритныхшипиков и реверсирование постсинаптических потенциалов. Нарушениесвязи между центральным белком и гликозаминогликаном (хондроитинсульфатом) в молекуле лектикана и удаление цепочек гликозаминогликановпри помощи хондроитиназы ABC поддерживают пластичность синапсов,наблюдаемую при зрительной доминантности [Pizzorusso et al., 2002; de Vivoet al., 2013], формировании памяти переживания страха [Gogolla et al., 2009] иобучении [Senkov et al., 2014].

На модели болезни Альцгеймера полученыданные в пользу гипотезы о супрессивном действии лектиканов, и в первуюочередь бревикана, на синаптическую пластичность в гиппокампе [Howell etal., 2012]. Однако остается неясным, какие именно молекулы внеклеточногоматрикса, продуцируемые астроцитами, имеют наибольшее значение длярепаративного синаптогенеза в ходе дегенеративных процессов в спинноммозге. Между тем, данные о молекулярной организации перинейрональнойсети(perineuronalnet)ивнеклеточногоматрикса(поверхностныйкомпартмент) в синаптическом контакте могут служить основой дляустановления терапевтических мишеней для стимулирования восстановлениясинаптическихсвязейистабилизации22структурысинапсавходерепаративного синаптогенеза при неврологических расстройствах, в томчисле, и при гипогравитационном двигательном синдроме.Такимобразом,астроцитыпредставляютсобойважнейшийклеточный компонент в ЦНС. Астроциты оказывают нейропротекторноевлияние на нейроны (путем выделения аденозина, расщепления бетаамилоидныхбелков),обеспечиваютметаболитами,осуществляютнейроныантиоксидантнуюэнергетическимизащиту,модулируютэлектрическую активность.

Помимо этого, астроциты выделяют ряд молекул,и среди них фактор роста нервов (NGF), которые поддерживаютдифференцировку нейронов, формирование синапсов и рост аксонов.Ключевыми белками в осуществлении функции этих клеток по поддержаниюгомеостаза являются переносчик глутамата 1 (GLT1), переносчик глюкозы 1(GLUT1), белок водного канала аквапорин 4 и другие. Связь астроцитов привзаимодействии с нейронами настолько велика, что нарушение хотя быодной из указанных функций может стать причиной патологических сдвиговв системе «нейрон-астроцит».

Вероятно, такие сдвиги могут проявляться ипри гипогравитационном двигательном синдроме.2.2.2 Миелинобразующие клеткиОлигодендроцитыпредставляютсобоймелкиеклеткиснемногочисленными отростками и присутствуют как в сером, так и беломвеществе спинного мозга. В сером веществе олигодендроциты находятся внепосредственном контакте с перикарионами и отростками нейронов[Espinosa de los Monteros et al., 1993; Miller, 1996; Blakemore, Keirstead, 1999].ОлигодендроцитымиелинобразющихявляютсяклетокуникальнымивЦНС.представителямиКлетки-предшественникиолигодендроцитов образуются в нейроэпителии вентральной части нервнойтрубки в раннем эмбриональном периоде [Pringle, 1998], а в заднем испинном мозге в конце эмбрионального развития [Fu et al., 2002; Cai et al.,2005]. Эти клетки мигрируют в формируемое белое вещество [Noble et al.,231990], дифференцируются в зрелые олигодендроциты и экспрессируютмногочисленные белки миелина.

При этом один олигодендроглиоцит можетучаствовать в миелинизации нескольких аксонов.Можно констатировать одновременное присутствие трѐх различныхпопуляций предшественников олигдендроцитов [Jakovcevski, Zecevic, 2005;Rakic, Zecevic, 2003]. Первая популяция состоит из кортикальныхпредшественников, которые экспрессируют Dlx2 и Nkx2.1 [Rakic, Zecevic,2003], типичные транскрипционные факторы в вентральной части нервнойтрубки у грызунов [Jakovcevski et al., 2009].

Вторая популяция представленаклетками, которые не экспрессируют Dlx2 и Nkx2.1 и, скорее всего, являютсяпредшественниками для олигдендроцитов в дорсальной части нервнойтрубки [Rakic, Zecevic, 2003]. Клетки третьей популяция экспрессируюттипичные для миелинобразующих клеток маркеры, такие как PDGFRα, NG2и Olig1, и их предшественники мигрируют между ганглиозными бугорками исубвентрикулярной зоной [Rakic, Zecevic, 2003].

Остаѐтся неясным,выполняют ли олигодендроциты из этих разных источников разныепотенциальные функции в процессе миелинизации в конкретных трактахаксонов, а также неясна степень их участия в патогенезе различныхзаболеваний ЦНС.МиелинизациявЦНСконтролируетсятранскрипционнымифакторами, основными из которых являются белки Olig1 и Olig2 [Mei et al,2013]. Basic helix-loop-helix (bHLH) транскрипционный фактор Olig2 играетключевую роль в каскадах регуляции транскрипции в ходе генезамотонейронов и олигодендроцитов в пределах вентральной части спинногомозга. У взрослых мышей Olig2 может поддерживать состояние миелиновойоболочки в спинном мозге. В пользу этого предположения свидетельствуютданные, полученные на модели ремиелинизации у мышей, согласно которымOlig2внеделящихсяпредшественникахолигодендроцитовобразуеткомплекс с транскрипционным фактором Wnt10b [Fu et al., 2002].

Olig2, как идругие helix-loop-helix транскрипционные факторы, такие как MyoD и24NeuroD2, не имея домена трансдукции белка (protein transduction domain,PTD), тем не менее, обладает способностью проникать через клеточныемембраны [Mie et al., 2012].Белок OSP экспрессируется,главным образом, в олигодендроцитах иявляется одним из наиболее распространенных белков миелина (7%) в ЦНС.OSP принадлежит семейству клаудинов, которые представляют из себяинтегральнымимембраннымибелками,которыеобразуютплотныеконтакты. В ЦНС OSP принимает участие в образовании миелина иконтролируетпролиферациюимиграциюолигодендроцитов.Такжеустановлено, что OSP участвует в обеспечении проведения возбуждения понервному волокну преимущественно в миелинизированных аксонах малогодиаметра [Devaux, Gow, 2008].Другой транскрипционный фактор, Krox24, относится к белкамраннегоответа,регулируетклеточныйциклидифференцировкумиелинобразующих клеток и индуцируется влияниями со стороны нейронов[Bisler et al., 2002].

Присутствие Krox24, типичного маркера ПНС, показано вголовном и спинном мозге грызунов.Белок Р0 (myelin protein zero, MPZ) специфически экспрессируется вшванновских клетках и принимает участие в формировании и поддержаниикомпактной структуры миелина благодаря уплотнению прилегающихкомпонентов на внеклеточной поверхности плазматической мембраны.Мутации гена этого белка у человека приводят к различным периферическимнейропатиям.Нокаутныепоэтомубелку,мышиявляютсяэкспериментальными моделями болезней Дежерина-Сотта (MPZ -/-) иШарко-Мари-Тута (MPZ +/-) [Sidoli et al., 2016].

Присутствие белка Р0 в ЦНСранее показано не было. Впоследствии было установлено, что белок Р0взаимодействует с белком периферического миелина РМР22, обнаруженнымметодом гибридизации in situ в олигодендроцитах, и подтверждено егоучастие в ряде патологических реакций в ЦНС человека [Ohsawa et al., 2006].При этом морфологическим проявлением дефекта белка Р0 на ранних25стадиях является деструкция миелина, что впоследствии приводит кдегенерации аксонов и инвалидизации пациентов [Li et al., 2006].Многиефакторы,вызывающиенейродегенерацию,могутинициировать апоптоз миелинобразующих клеток.