Исследователи из Геттингена получили новое представление о специализации нервных волокон, которые координируют процессы движения. О своих результатах они сообщают в свежем номере научного журнала «Наука».
Ходьба, плавание или игра на фортепиано - любое движение возможно только в том случае, если мышцы получают правильные импульсы - двигательные команды. Высокоспециализированные нервные пути контролируют движения, напрямую соединяя мышцы с нервной системой. Чтобы такое движение, как ходьба, контролировалось скоординировано, моторные команды и сенсорные впечатления должны быть строго разделены внутри нервных путей.
Сенсорные и двигательные нервные волокна
Так называемые «двигательные волокна» проводят нервные импульсы к мышцам. «Сенсорные» волокна, с другой стороны, отвечают за передачу сенсорной информации, такой как боль или температура, от мышц, соединительной ткани и кожи к центральной нервной системе. Важность этого сложного взаимодействия становится очевидной, когда травма смешивает нервные пути. Последствия - хроническая боль и сильное ограничение движения.
Двигательные и чувствительные волокна первоначально срастаются во время эмбрионального развития. Как же тогда происходит разделение различных типов нервных волокон и столь важная специализация?
Изучение роста нервов в чашке для культивирования
Исследовательская группа во главе с Dr. Тилль Марквардт из Геттингенского университета вместе с коллегами профессором Сэмом Пфаффом и профессором Грегом Лемке из Института Солка в Сан-Диего (США) нашли ответ на этот вопрос.
«Сначала мы исследовали рост нервов в чашке для культивирования», - говорит Марквардт. Он возглавляет исследовательскую группу нейробиологии развития в Европейском институте нейробиологии (ENI-G) в Геттингене. Недавно разработанный метод позволил исследователям различать моторные и сенсорные волокна и следить за их ростом под микроскопом. Исследователям удалось наблюдать, как изолированные нервные волокна спонтанно разделялись на строго обособленные нервные пути разного типа. Ранее они наблюдали точно такое же поведение у подопытных животных.
Отталкивание создает разделение
«Разделение сенсорных и моторных волокон основано на взаимном отталкивании», - говорит Марквардт. Взаимное отталкивание опосредуется взаимодействием двух белковых молекул, лежащих на поверхности двигательных и чувствительных волокон соответственно.
Молекула белка на сенсорных волокнах (эфрин-А) действует как сигнал отторжения. Он, в свою очередь, действует непосредственно на специфические белковые молекулы (рецепторы EphA) на двигательных волокнах.
"Короткое замыкание" в нервной цепи
Встречный тест дал исследователям дополнительную информацию: направленное удаление рецепторов EphA привело к «короткому замыканию» в нервной цепи: двигательные волокна не врастали в мышцы, как обычно. Вместо этого они вросли в сенсорные пути, посылая свои нервные импульсы не в то место. «Активное взаимное отталкивание двигательных и чувствительных нервных волокон во время их врастания в мышцы имеет поэтому существенное значение для построения нервных цепей, управляющих процессами движения», - говорит Марквардт.
Новые знания, полученные в результате фундаментальных исследований механизмов передачи сигналов между двигательными и чувствительными нервными волокнами, могут иметь важное значение для разработки методов лечения повреждений нервных путей.
Группа нейробиологии развития ENI
Координированные движения требуют точной взаимосвязи двигательных и сенсорных нейронов со скелетными мышцами. Цель исследовательской группы - понять, как формируются связи между моторными и сенсорными нейронами в ходе эмбрионального развития и как они в конечном итоге соединяются, образуя функциональные цепи. Работа исследовательской группы финансируется Немецким исследовательским фондом (DFG) в рамках программы Эмми Нётер.