Группа нейробиологов из Департамента Исследований Сенсорной биологии и Органогенеза при Центре Гельмгольца в Мюнхене нашла способ восстановления нарушенных нейронных цепей посредством синего света. Описание их исследования опубликованов журнале Current Biology.

Физическая целостность нейронных цепей может быть нарушена под действием неблагоприятных факторов внешней среды, болезни или травмы. При этом повреждаются аксоны — длинные отростки нейронов, проводящие электрические импульсы от тела нейронов. У позвоночных животных способность к регенерации аксонов очень низка, поэтому большинство из них так и остаются поврежденными, что приводит к необратимым нарушениям нейральных функций.

Известно, что врезультате повреждения аксона повышается внутриклеточный уровень вторичного мессенджера — циклического аденозин монофосфата (cAMP). Эта молекула активирует специфический фермент, «запускающий» синтез фактора стимуляции регенерации и перестройку цитоскелета нейрона таким образом, что формируется конус роста, дающий начало здоровому аксону. Важно, что регенерация аксонов должна происходить с высокой точностью в строго определенный момент времени, а широко используемые генетические или фармакологические методы повышения уровня cAMP не всегда справляются с этой задачей.

Ученые под руководством доктора Эрнана Лопес-Шиера разработали альтернативный способ увеличения концентрации cAMP и проверили его эффективность in vivo, используя в качестве модели чувствительные аксоны боковой линии личинок рыбы Данио-рерио. Концепция их экспериментов заключалась в активации фермента, отвечающего за синтез cAMP, с помощью синего света. Этим ферметом была аденилил циклаза bPAC, ген которой исследователи позаимствовали у почвенной бактерии Beggiatoa — генетическая конструкция, экспрессирующая этот фермент, была специально доставлена в клетки Данио-рерио.

Исследователи перерезали нервы боковой линии с помощью наносекундного ультрафиолетового лазера и наблюдали за реконструкцией аксонов. Ключевым критерием эффективности процесса выступил процент заново сформированных синапсов — мест контакта двух нейронов или нейрона и эффекторной клетки. Исследователи обнаружили, что воздействие синего света приводит к тому, что около трети поврежденных нейронов, вырабатывающих фотоактивируемую аденилил циклазу, образуют синапсы de novo, в то время как в отсутствие света эта доля составляет всего пять процентов.

Эрнан Лопес-Шиер убежден, что эта разработка — только начало большого пути: его группе предстоит выяснить, возможно ли с помощью их метода восстанавливать не только отдельные нейроны примитивного организма, но и целые нейронные цепи более высокоорганизованных животных.

Автор: Екатерина Корзенева