У всех взрослых позвоночных нервные стволовые клетки могут быть задействованы для производства новых нейронов в головном мозге. Однако об этих так называемых «активационных» процессах известно немного.
Ученые из Института Пастера, CNRS и Тель-Авивского университета, работающие в сотрудничестве с Политехнической школой и INRAE, успешно выполнили трехмерную визуализацию и анализ пространственного и временного распределения активации нервных стволовых клеток во взрослом мозге модели позвоночных рыбок данио.
Их результаты впервые демонстрируют, что события активации для этих клеток скоординированы во времени и пространстве. В частности, эти результаты могут помочь улучшить наше понимание процессов регуляции, запускаемых во время образования опухоли головного мозга. Эти результаты опубликованы в выпуске журнала Cell Stem Cell от 5 апреля 2021 года.
Стволовые клетки, обнаруженные во многих органах взрослых позвоночных, включая человека, способны пролиферировать и дифференцироваться с образованием новых функциональных клеток. Например, стволовые клетки головного мозга (нервные стволовые клетки) производят новые нейроны во взрослом возрасте. Большую часть времени нервные стволовые клетки находятся в спящем состоянии, известном как "покой". Следовательно, чтобы производить нейроны, они должны сначала активироваться, а затем делиться. Эта стадия активации имеет решающее значение: она является предпосылкой для привлечения стволовых клеток, а также имеет решающее значение для их выживания (чрезмерно активирующиеся клетки быстро истощаются), а также для положения и типа образующихся нейронов.
Пространственный статистический анализ и моделирование, выполненные как в реальном времени, так и при долгосрочном компьютерном моделировании, продемонстрировали существование ингибирующих взаимодействий, генерируемых активированными клетками, задерживая активацию других соседних стволовых клеток на несколько дней. Введя фармакологическую молекулу in vivo, ученые также определили задействованный молекулярный путь, известный как сигнальный путь Notch. Наконец, они продемонстрировали, что эти взаимодействия обеспечивают устойчивое производство нейронов во времени и пространстве.
"Это первая долгосрочная визуализация всей популяции нервных стволовых клеток в головном мозге взрослого позвоночного животного в режиме реального времени. Эти данные впервые демонстрируют, что события активации нервных стволовых клеток в головном мозге позвоночных скоординированы во времени и пространстве внутри ниши," прокомментировала Лор Балли-Куиф, ученый CNRS, ведущий автор исследования и руководитель отделения нейрогенетики 1 данио в Институте Пастера. Неожиданно это исследование также продемонстрировало, что сами стволовые клетки участвуют в этой координации. Таким образом, это исследование привело к появлению новой концепции, согласно которой популяции стволовых клеток самоорганизуются как динамическая система, обеспечивающая пространственно-временную координацию поведения каждой отдельной клетки.
Такая регуляция может происходить в опухолевых массах, содержащих раковые стволовые клетки, в которых наблюдались стволовые клетки в различных состояниях покоя или активации. Также вероятно, что такая регуляция имеет место в популяциях стволовых клеток других органов взрослого человека, где стволовые клетки находятся в компактных нишах, таких как эпителий.