Структура и функции верхушки мигрирующих нейронов остаются неясными. Исследовательская группа под руководством Казунобу Савамото, профессора Университета города Нагоя и Национального института физиологических наук, а также Чикако Накаджима и Масато Савада, сотрудников его лаборатории, обнаружила, что PTPσ-экспрессирующий конус роста чувствует внеклеточный матрикс и управляет миграцией нейронов в травмированном мозге, что приводит к функциональному восстановлению.

Нейронные стволовые клетки присутствуют в постнатальном мозге млекопитающих и производят новые нейроны. Новые нейроны мигрируют в сторону поврежденных участков, и стимулирование миграции нейронов приводит к функциональному восстановлению после травмы мозга. Тем не менее, существует ингибирующий эффект на миграцию нейронов в травмированных участках, механизмы которого необходимо выяснить, чтобы улучшить набор новых нейронов в травмированных участках и, таким образом, повысить эффективность восстановления после травмы мозга. Мигрирующие нейроны обладают структурой, напоминающей конус роста аксона, на своем кончике, но роль этой структуры в миграции нейронов до конца не изучена.

Группа Савамото сосредоточилась на выяснении функции структуры, напоминающей конус роста, в мигрирующих нейронах мозга мыши. Исследователи использовали микроскопию сверхразрешения для изучения цитоскелетной динамики и молекулярных особенностей кончика нейрона. Они показали, что структура кончика имеет общие функции с конусами роста аксонов. Вкратце, конус роста культивируемых мигрирующих нейронов реагирует на внешние сигналы через тирозинфосфатазный рецептор типа сигма (PTPσ), направляя направленность миграции и инициируя движение тела клетки. Конус роста реагирует на хондроитинсульфат (CS) через PTPσ и разрушается, что приводит к торможению миграции нейронов. В присутствии CS конусы роста могут вернуться к своей вытянутой морфологии, когда они взаимодействуют с гепарансульфатом (HS), тем самым возобновляя миграцию нейронов.

Чтобы выяснить, может ли эффект ГС в обращении ингибирующего действия КС способствовать миграции нейронов в травмированном мозге, необходимо было нанести ГС-содержащий биоматериал на травмированный мозг, богатый КС, — говорит Савамото.

Затем они использовали нетканый материал из желатиновых волокон, содержащий HS, — биоматериал, который обеспечивает структурные каркасы для клеток, таких как мигрирующие нейроны. Они показали, что примененные HS-содержащие волокна способствовали расширению конусов роста и миграции нейронов в травмированном мозге. Кроме того, имплантация обогащенной ГС желатиновой ткани способствовала регенерации зрелых нейронов и восстановлению неврологических функций. Эти результаты свидетельствуют о том, что выяснение молекулярных механизмов взаимодействия конусов роста с местной внеклеточной средой может позволить разработать новые технологии регенерации, основанные на стимулировании миграции нейронов.

Недавние исследования других групп показали, что старение изменяет физические свойства внеклеточного матрикса мозга, включая CSPG.

Учитывая, что конус роста мигрирующих нейронов служит праймером для миграции нейронов в ингибирующих внеклеточных условиях, необходимо дополнительно изучить, применимо ли лечение, опосредованное конусом роста, для привлечения новых нейронов из эндогенного источника в поврежденные участки и к стареющему мозгу, — прокомментировал Накаджима.

Полные результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.