Специалисты из Langone Medical Center при Нью-Йоркском университете выявили два гена, отвечающих за развитие ключевого кластера нейронов, участвующих в регуляции функции внешнего дыхания. Речь идет о мотонейронах диафрагмального ядра спинного мозга, управляющих сокращением диафрагмы. Кроме того, авторам удалось установить молекулярные маркеры, отличающие эту группу нервных клеток от других моторных нейронов. Работа опубликована в декабрьском номере журнала Nature Neuroscience, обложка которого посвящена этой теме.

Диафрагмальные мотонейроны расположены узким столбом в медиальной части вентральных рогов 3–6 шейных сегментов спинного мозга.

Они получают ритмические сигналы от дыхательных нейронов ствола головного мозга и передают их мускулатуре диафрагмы, осуществляя тем самым основную функцию управления дыханием. Дегенерация диафрагмальных мотонейронов является одной из первоочередных причин смерти при боковом амиотрофическом склерозе (болезни Лу-Герига) и травмах позвоночника.

До сих пор у ученых не было достаточной ясности в понимании специфических отличий этой группы нейронов от других мотонейронов спинного мозга, процессов, происходящих при передаче ими сигналов в мускулатуру диафрагмы, а также генетических истоков их развития и функционирования.

Для визуализации происходящих процессов авторами была выведена линия трансгенных мышей, у которых все моторные нейроны и их аксоны окрашены зеленым флуоресцентным белком.

Вводя иначе окрашенный флуоресцентный маркер в диафрагмальный нерв, связывающий изучаемые нейроны с диафрагмой, авторы смогли их идентифицировать по мере попадания в них красителя.

«Теперь у нас есть набор молекулярных маркеров, благодаря которым мы можем отличить диафрагмальные мотонейроны от других моторных нейронов, что позволит провести их детальное изучение и поможет в поиске путей селективного повышения их выживаемости», – подчеркнул глава группы исследователей, профессор физиологии и неврологии Джереми Дэйсен (Jeremy Dasen).

Также было установлено, что

за правильное развитие и функционирование кластера мотонейронов диафрагмального ядра отвечают два гена из семейства регуляторных Hox-генов, Hoxa5 и Hoxc5.

В том случае, когда эти гены у мышиных эмбрионов были выключены, нарушалось колоннообразное расположение диафрагмальных нейронов в спинном мозге и нормальная иннервация мышечной ткани, из-за чего у новорожденных мышат была нарушена функция дыхания. Даже когда гены выключались на более поздних этапах развития плода, это приводило к сокращению общего числа диафрагмальных мотонейронов, нарушению иннервации и, как следствие, к проблемам с дыханием.

Авторы надеются, что

полученные результаты помогут им продвинуться в понимании общего процесса внешнего дыхания и функций дыхательного центра, в особенности механизма связей расположенных в головном мозге дыхательных нейронов с мотонейронами спинного мозга. Это поможет в разработке новых методов лечения различных расстройств дыхания, включая апноэ, а также нейродегенеративных заболеваний и травм позвоночника.

Правда, дальнейшие исследования в этом направлении могут осложниться из-за того, что большая часть трансгенных мышей, участвовавших в работе, погибла, когда в конце октября из-за урагана Сэнди был затоплен подвал одного из корупсов Langone Medical Center.

Однако, по словам профессора Дэйсена, часть мышей все же была спасена, так как он успел до наступления на Нью-Йорк урагана отослать их в университет Лаваль в Квебеке (Канада), где работает его коллега и соавтор, доктор Люси Джаннотт (Lucie Jeannotte).