Фундаментальная биология перевернута: новое открытие бросает вызов давним взглядам на «второй мозг»

 Открытия могут проложить путь к улучшению методов лечения желудочно-кишечных заболеваний.

Энтеральная нервная система (ЭНС), часто называемая вторым мозгом, играет решающую роль в пищеварении, иммунитете и связи с мозгом. Исследователи обнаружили, что развитие ЭНС продолжается после рождения и включает нейроны, происходящие из мезодермы, бросая вызов давним научным убеждениям и открывая возможности для потенциальных новых методов лечения старения и желудочно-кишечных заболеваний. (Фото: scitechdaily.com)

Следуя своей интуиции. Потеря аппетита. Смелый ход. Хотя мы часто рассматриваем кишечник просто как инструмент пищеварения, эти общие выражения отражают центральную роль, которую кишечник играет в гораздо более широком спектре основных функций.

Весь пищеварительный тракт покрыт кишечной нервной системой (ЭНС), обширной сетью миллионов нейронов и глиальных клеток — двух основных типов клеток, также встречающихся в центральной нервной системе. Хотя ЭНС часто называют вторым мозгом, он не только генерирует те же нейротрансмиттеры, но и фактически предшествует эволюции центральной нервной системы в мозге.

Функции ЭНС имеют решающее значение для жизни и выходят далеко за рамки пищеварения, поскольку они регулируют иммунитет, секрецию кишечника и обеспечивают сложную двунаправленную связь между кишечником и мозгом. Вот почему счастливый кишечник сосуществует со счастливым мозгом и почему проблемы с пищеварением могут привести к изменениям настроения и поведения.

С середины 20-го века ученые считали, что ЭНС происходит из нервного гребня до рождения и остается неизменной после него. Теперь в статье, опубликованной в журнале eLife, исследователи из Медицинского центра Бет Исраэль Диаконесса (BIDMC) представляют совершенно новую парадигму, описывающую путь развития, по которому развитие ЭНС продолжается после рождения у мышей и образцов тканей человека.

Это открытие опровергает десятилетия научных догм в области фундаментальной биологии нейробиологии и ЭНС, впервые продемонстрировав доказательства неэктодермального и мезодермального происхождения большого количества кишечных нейронов, рожденных после рождения. Результаты показывают значимость этих нейронов для созревания и старения ЭНС в норме и при заболеваниях.

«Эти результаты впервые указывают на то, что мезодерма является важным источником нейронов во второй по величине нервной системе организма», — сказал Субхаш Кулкарни, доктор философии, научный сотрудник BIDMC и доцент отделения Медицинские науки в Гарвардской медицинской школе. «То, как мы взрослеем и стареем, имеет решающее значение для нашего понимания здоровья и болезней нашего быстро стареющего населения. Увеличение доли нейронов мезодермального происхождения является естественным следствием созревания и старения; кроме того, можно ожидать, что эта линия будет иметь явную уязвимость к болезням».

Используя модели трансгенных мышей, микроскопию высокого разрешения и генетический анализ, Кулкарни и его коллеги проанализировали популяции нейронов ЭНС у взрослых мышей и тканей человека. Используя модели на мышах, команда обнаружила, что, хотя ранние постнатальные клетки ЭНС происходили из ожидаемой линии нервного гребня, этот образец быстро менялся по мере взросления животного. Кулкарни и его коллеги задокументировали появление и постоянное распространение новой популяции кишечных нейронов, произошедших из мезодермы — той же линии, которая дает начало мышечным и сердечным клеткам.

Эта недавно обнаруженная популяция нейронов, происходящих из мезодермы, увеличивалась с возрастом, так что они составляли треть всех кишечных нейронов у мышей-подростков, половину всех кишечных нейронов у взрослых мышей, а затем в конечном итоге превысили численность исходной популяции кишечных нейронов, происходящих из нервного гребня. у стареющих мышей.

Оценивая молекулярные характеристики этих нейронов, команда определила новые клеточные маркеры, которые были использованы для идентификации этой популяции нейронов мезодермального происхождения в тканях кишечника человека. Эти маркеры также стали фармакологическими мишенями, которые исследователи использовали, чтобы не только манипулировать пропорциями мезодермальных нейронов у мышей-подростков, но и уменьшать их доминирующие пропорции в кишечнике стареющих мышей, чтобы вылечить возрастное замедление перистальтики кишечника.

«Теперь мы можем работать над тем, чтобы понять, как эти результаты могут быть перенесены в человеческие системы, чтобы предоставить модифицирующее болезнь лечение стареющим пациентам, чья основная жалоба часто включает заболевания желудочно-кишечного тракта», — добавил Кулкарни. «Перевернув одну из самых больших догм нейробиологии, мы оказались на неизведанной территории и в то же время имеем огромную возможность понять эту скрытую базовую, трансляционную и клиническую биологию нейронов. Недавно обнаруженная линия нейронов представляет нам потенциальные новые лекарственные средства, которые могут помочь большим группам пациентов».

Ссылка: «Возрастные изменения в составе кишечной нервной системы регулируют здоровье и заболевания кишечника» Субхаш Кулкарни, Монали Саха, Джаред Слосберг, Алпана Сингх, Сушма Нагарадж, Ларен Беккер, Чэнсю Чжан, Алисия Буковски, Чжуолун Ван, Гошэн Лю, Дженна Лезер, Митра Кумар, Шрия Бахши, Мэтью Андерсон, Марк Левандоски, Элизабет Винсент, Лоял А. Гофф и Панкадж Джей Пасрича, 7 августа 2023 г., eLife.

DOI: 10.7554/eLife.88051.1

В число соавторов вошли Монали Саха, Джаред Слосберг, Алпана Сингх, Сушма Нагарадж, Чэнсю Чжан, Алисия Буковски, Чжуолун Ван, Гуошэн Лю, Дженна Лезер, Митра Кумар, Шрия Бахши, Элизабет Винсент и Лоял А. Гофф из школы Университета Джонса Хопкинса. медицины; Ларен Беккер и из Медицинской школы Стэнфордского университета; Мэтью Андерсон и Марк Левандоски из Центра исследований рака Национального института рака; и Панкадж Джей Пасрича из клиники Майо.

Микроскопию проводили на ядре Ross Imaging Core в Центре заболеваний пищеварительной системы Хопкинса Конте при Университете Джонса Хопкинса (P30DK089502) с использованием Olympus FV 3000rs (закупленного в рамках гранта NIH-NIDDK S10 OD025244). Обработку 10X Genomics Chromium для scRNAseq проводили в ядре GRCF, а секвенирование проводили в ядре CIDR в Университете Джонса Хопкинса. Эта работа была поддержана грантом Фонда Людвига, грантом NIA (R01AG066768), пилотным грантом Центра фундаментальных и трансляционных исследований заболеваний пищеварительной системы Хопкинса (P30DK089502), пилотным грантом инициативы Diacomp через Университет Огасты. ; премия Джонса Хопкинса «Катализатор»; программа обучения Мэриленда по генетике, эпидемиологии и медицине, спонсируемая Приветственным фондом Берроуза; Центр заболеваний пищеварительной системы Хопкинса Конте при Университете Джонса Хопкинса (P30DK089502); НИДДК (R01DK080920); Фонд исследования стволовых клеток Мэриленда (MSCRF130005) и грант семьи AMOS.

Источник