Астроциты на протяжении многих десятилетий считались лишь «обслуживающим персоналом» для нейронов. Ученые знали, что астроциты убирают химический «мусор» и поставляют питательные вещества, плотно заполняя каждый уголок мозга. Но отсутствие детальных анатомических данных породило убеждение, что связи астроцитов ограничены лишь их ближайшим окружением.
Нейробиологи построили карту «скрытой» транспортной сети мозга
Исследователи из Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете впервые создали трехмерную карту сетей астроцитов (звездчатые клетки) в масштабе всего мозга мыши. Работа показала, что не только нейроны, но и астроциты образуют сложные магистрали, соединяют отдаленные области мозга и позволяют обмениваться молекулами на больших расстояниях.
Астроциты образуют в мозге собственные сети. Science Photo Library
Астроциты. В отличие от нейронов, которые передают сигналы с помощью электрических импульсов и химических синапсов, астроциты физически объединены в огромную сеть. Их отростки соприкасаются, образуя «туннели» — щелевые контакты из белков-коннексинов. Через них кальций и другие сигнальные молекулы могут беспрепятственно перетекать из одной клетки в другую. Это превращает тысячи отдельных астроцитов в единую функциональную сеть, которая работает медленнее нейронов, но охватывает гораздо большие объемы ткани одновременно.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, полностью меняет этот взгляд. Используя генную терапию, команда пометила молекулы, проходящие через щелевые контакты — микроскопические каналы между астроцитами. Это позволило проследить пути, которые тянутся через весь мозг. К удивлению авторов, сети астроцитов оказались способны пересекать границы полушарий и уходить глубоко в стволовые структуры.
По мозгу мыши пролегают многочисленные сети астроцитов, различающиеся по размеру и структуре.
Эти цепочки существуют параллельно нейронным контурам, создавая автономную систему коммуникации. Как отмечает соавтор работы Шейн Лидделоу: «Это секретная система метро, о существовании которой мы даже не подозревали. Перед нами открывается совершенно новый путь для исследований».
Пластичность звездных путей
Сети астроцитов связывают самые разные области мозга.
Важным открытием стала способность этих структур к трансформации. Выяснилось, что сети астроцитов обладают пластичностью, аналогичной нейронной. Когда ученые лишали мышей определенного сенсора, в частности, состригали вибриссы, архитектура связей в соответствующих зонах мозга перестраивалась.
Это доказывает, что астроциты активно реагируют на внешний опыт и адаптируются к нему. Хотя точное назначение этих магистралей пока остается загадкой, основная гипотеза гласит, что они служат для переброски метаболитов — например, глюкозы — из менее активных зон мозга в те, что испытывают высокую нагрузку. Фактически астроциты формируют логистическую систему, которая поддерживает энергетический баланс органа.
Теперь нейробиологам предстоит выяснить, как именно эта «транспортная сеть» из астроцитов влияет на когнитивные функции и поведение, ведь такие сети наверняка присутствуют и в мозге приматов.