Микроглия препятствует нейрогенезу после ишемического инсульта

В субвентрикулярной зоне мозга происходит образование нейронов из нейральных стволовых клеток. Однако изменения в микроокружении субвентрикулярной зоны мозга, вызванные ишемическим инсультом, провоцируют активацию микроглии, что приводит к фагоцитозу нейробластов и их негативному влиянию на нейрогенез.

Credit:
123rf.com

Нормальное функционирование мозга — необходимое условие жизни человека, поэтому его способность восстанавливаться после повреждений крайне важна. У взрослых млекопитающих нишей стволовых клеток, обеспечивающих образование новых функциональных нейронов, служит субвентрикулярная зона (СВЗ). Новые нейроны образуются в ней из нейральных стволовых клеток-предшественников (NSPC), а затем мигрируют в пораженные области. Однако после инсульта процесс нейрогенеза значительно ограничен, и причины этого пока неясны. Команда из Фрайбургского университета (Германия), поставила перед собой задачу изучить механизм, лежащий в основе этого ограничения.

Ранее авторы исследования  показали, что при инсульте кровяные сосуды, расположенные в СВЗ, становятся проницаемыми для белков, в том числе фибриногена. Это приводит к активации микроглии — иммунных клеток ЦНС. В нормальных условиях клетки микроглии благотворно влияют на нейрогенез, но их активация может быть опасной для этого процесса.

«Ниша стволовых клеток в субвентрикулярной зоне — очень хрупкая система. Микроглия, защитные клетки мозга, — неотъемлемый компонент микроокружения СВЗ, она управляет поведением нейронных стволовых клеток. Взаимодействия в нише стволовых клеток нарушаются в результате инсульта», — объясняет руководитель работы доктор Кристиан Шахтруп, профессор Института анатомии и клеточной биологии Фрайбургского университета.

Исследование проводили на мышиной модели фототромботического инсульта. (Мышам вводили внутрибрюшинно светочувствительный краситель, а потом небольшой участок коры мозга освещался в течение нескольких минут.)

Авторы получили линии мышей, у которых можно с помощью инъекции тамоксифена, включающего экспрессию Cre-рекомбиназы, активировать продукцию флуоресцентного белка в определенных популяциях клеток. Для изучения нейральных стволовых клеток-предшественников субвентрикулярной зоны были получены мыши Nestin-CreERT2:R26-yfp, для анализа микроглии — Cx3cr1-CreERT2:R26-tdTomato, а для визуализации срезов in vitro использовали мышей Nestin-CreERT2-R26-tdTomato:Cx3cr1-EGFP. Нестин (neuroepithelial stem cell protein) — белок, характерный для нейральных стволовых клеток предшественников, CX3CR1 — воспалительный цитокин, важный для взаимодействия микроглии с нейронами. Таким образом, у этих мышей после введения тамоксифена появляется флуоресцентный белок в соответствующих клетках. Это облегчает как микроскопическое исследование, так и выделение отдельных клеточных популяций методом проточной цитометрии с последующим секвенированием РНК единичных клеток.

Оказалось, что повышение проницаемости сосудистой сети СВЗ при инсульте сопровождается ранней активацией микроглии СВЗ. Результаты субкластерного анализа выявленных NSPC указывают на их потенциальную способность дифференцироваться в новорожденные нейроны даже после инсульта. У мышей с тромботической ишемией участка мозга наблюдалось увеличение количества активированных NSPC типа В, в то время как у мышей из контрольной группы преобладают покоящиеся клетки типа В. Через день после ишемии клетки начали переходить в пролиферативное состояние (тип С). Однако в то же время резко увеличилось количество апоптотических нейробластов. NSPC стремятся вернуться в клеточный цикл, однако он может быть заблокирован изменениями микроокружения субвентрикулярной зоны, что приводит к гибели клеток.

В микроглии появилось три кластера, связанных с тромботической ишемией. Через день после ишемии преобладал кластер, экспрессирующий маркеры, связанные с активацией микроглии; также появился кластер, обогащеный генами, связанными с межклеточной адгезией и миграцией. Третий кластер появился на седьмой день после ишемии и экспрессировал гены, асоциированные с повреждениями микроглии. Иммуногистохимический анализ линий мышей, у которых были помечены клетки микроглии, также продемонстрировал гетерогенный молекулярный состав микроглии в СВЗ и ее функциональные изменения после ишемии.

Микроскопическое исследование срезов мозга мыши показало, что при ишемии микроглия осуществляет фагоцитоз NSPC. В то же время введение реагента, предотвращающего проникновение фибриногена в ткани, снизило активацию микроглии в СВЗ примерно на 60% через 10 дней после травмы и увеличило нейрогенез.

Оценка экспрессии лигандов и рецепторов продемонстрировала резкое изменение взаимодействий между микроглией и NSPC на первый день после инсульта. Некоторые сигнальные пути полностью отсутствовали, другие восстанавливалось к 7-му дню; также активировались новые сигнальные пути.

В итоге авторы предлагают следующую модель нарушения нейрогенеза при повреждениям мозга. Увеличение проницаемости сосудов, вызванное повреждением, повышает уровень фибриногена, в том числе и в нише СВЗ. При этом увеличивается пролиферация NSPC, но в то же время происходит активация микроглии и остановка клеточного цикла части нейробластов. Кроме того, микроглия начинает фагоцитировать нейробласты. Изучение взаимодействий между NSPC и микроглией и их влияния на нейрогенез после инсульта — одна из фундаментальных задач, которую необходимо решить для поиска подходов к восстановлению и активации нейрогенеза при повреждениях мозга, подчеркивают исследователи

Молекула LK-2 защищает нейроны и препятствует их гибели при инсульте

Источник

Nath, S. et al. Interaction between subventricular zone microglia and neural stem cells impacts the neurogenic response in a mouse model of cortical ischemic stroke // Nature Communications 15, 9095 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53217-1

Цитата по пресс-релизу

Добавить в избранное