Veicmana institūta zinātnieki ir atklājuši simtiem molekulu, kas veicina nervu reģenerāciju pelēm un pat var stimulēt smadzeņu neironu augšanu.
Atšķirībā no galvas un muguras smadzenēm, perifēro nervu šūnas, kuru garie izaugumi sasniedz ādu un iekšējos orgānus, spēj reģenerēties pēc traumām . Tāpēc centrālās nervu sistēmas bojājumi tiek uzskatīti par neatgriezeniskiem , bet perifēro nervu bojājumi dažos gadījumos var sadzīvot, pat ja tas prasa mēnešus vai gadus. Neskatoties uz gadu desmitiem ilgu pētījumu, perifēro nervu reģenerācijas mehānismi joprojām ir tikai daļēji izpētīti.
Jaunā pētījumā , kas publicēts žurnālā Cell , pētnieki no profesora Maikla (Maika) Fainzilbera laboratorijā Weizmann Institute atklāja, ka nervu reģenerācijai ir nepieciešama simtiem RNS molekulu, kuru fizioloģiskā funkcija pagaidām nav zināma. Pārsteidzoši, bet pētījums parādīja, ka šīs molekulas var stimulēt augšanu ne tikai perifērās, bet arī centrālās nervu sistēmas pelēm. Šie rezultāti var pavērt ceļu jaunām nervu bojājumu un neirodeģeneratīvo slimību ārstēšanas metodēm.
Perifērā nerva reģenerācijai ir nepieciešams uzturēt saikni starp neirona šūnu un tās turpinājumu — aksonu, kura garums cilvēkam var pārsniegt metru. Pēdējo divu desmitgažu laikā veiktajā pētījumu sērijā Fainzilbera laboratorija ir atklājusi šīs saiknes galvenās sastāvdaļas: proteīnus, kas darbojas kā pasta kurjeri, nogādājot instrukcijas par augšanas kontroles faktoru un citu proteīnu ražošanu no šūnas ķermeņa uz aksonu. Šie molekulārie kurjeri palīdz arī novērtēt attālumu starp šūnas ķermeni un aksona galu, ļaujot neironam atbilstoši modulēt savu augšanu. Tomēr palika galvenais jautājums: kas izraisa reģeneratīvo augšanu pēc traumas un kāpēc tas nenotiek centrālās nervu sistēmas šūnās?
Jaunā pētījumā dr. Indrek Koppel no Fainzilbera laboratorijas sadarbībā ar dr. Riki Kavauguči no Kalifornijas Universitātes Losandželosā (UCLA) pētīja noteiktu gēnu ekspresijas veidu perifērajos nervos pelēm pēc traumas. Pētnieki bija pārsteigti, atklājot, ka dienu pēc bojājuma neironi palielināja veselas īsu ģenētisko sekvenču grupas, ko sauc par B2-SINE, ekspresiju, kuras loma iepriekš nebija zināma. Šīs sekvences nekodē nekādus proteīnus, un tā kā tās ir pazīstamas ar saviem „lēcieniem” pa genomu, t.i., tās var parādīties nepareizā vietā vai nepareizā laikā, tās ir ieguvušas sliktu reputāciju. Taču pētnieki atklāja, ka pēc traumas neironi sāka ekspresēt daudz B2-SINE RNS transkriptu paralēli citiem procesiem, kas sagatavo šūnu reģenerācijai un atjaunošanai.
Tomēr B2-SINE ir plaša ģimene, kas sastāv no aptuveni 150 000 sekvencēm, izkaisītas pa visu peles genomu. Sākotnējā analīze neļāva noteikt, kuras no tām ir atbildīgas par augšanas stimulāciju. Dr. Eitan Erez Zahavi, kurš arī strādā Fainzilsbera laboratorijā un vadīja jauno pētījumu kopā ar Koppel, izmantoja bioinformātikas instrumentus, lai identificētu 453 B2-SINE sekvences ar augstu ekspresiju pēc traumas, kas veicina nervu augšanu . Sadarbībā ar starptautiskām pētniecības grupām zinātnieki parādīja, ka šī paaugstināta ekspresija pēc traumas ir raksturīga tikai perifērajām nervu šūnām un nav sastopama centrālajā nervu sistēmā.
Perifērija ir vadībā, centrs seko
Pētnieki pētīja, vai B2-SINE perifērajās nervu šūnās var stimulēt arī neironu augšanu centrālajā nervu sistēmā. Viņi izraisīja paaugstinātu B2-SINE tipa RNS molekulu ekspresiju peles tīklenes neironos un novēroja ātrāku reģenerāciju pēc traumas. Līdzīgs eksperiments peles kustību garozā (smadzeņu daļā, kas kontrolē muskuļu kustības ar garu aksonu palīdzību, kas projicējas uz muguras smadzenēm) parādīja, ka neironi ar augstu B2-SINE līmeni arī reģenerējās ātrāk nekā kontroles neironi.
“Līdz šim nav efektīvu ārstēšanas metožu, kas paātrinātu nervu šūnu augšanu un reģenerāciju,” norāda Fainzilbers. “Lai gan mūsu pētījumā novērotā augšanas paātrināšanās vēl nav pietiekama, lai cīnītos pret klīnisku paralīzi, tā noteikti ir nozīmīga. Protams, ceļš no fundamentāliem pētījumiem līdz klīniskai lietošanai ir garš, un mums jānodrošina, ka augšanas mehānismu uzlabošana nepalielina, piemēram, vēža attīstības risku”.
Palika vēl viena mīkla: kā B2-SINE RNS molekulas patiesībā veicina reģenerāciju? Ar profesores Almas L. Berlingheimas grupas palīdzību no Kalifornijas Universitātes Sanfrancisko pētnieki atklāja, ka šīs RNS nodrošina fizisku saikni starp molekulārajiem „vēstnešiem”, kas pārvadā instrukcijas par augšanai saistītu proteīnu sintēzi, un ribosomām, kas tās nolasa un izpilda. Tas nozīmē, ka kritiski svarīgu faktoru ražošana notiek tuvāk šūnas ķermenim nekā aksona galā. Pētnieki uzskata, ka tas signalizē neironam, ka tas ir “pārāk mazs”, kas izraisa augšanas reakciju.
“Cilvēka genomā ir vairāk nekā miljons sekvenču, ko sauc par Alu elementiem , kas ir cilvēka ekvivalents B2-SINE pelēm,” saka Fainzilbers. “Iepriekš tika pierādīts, ka šīs molekulas saistās ar ribosomām un EIA, bet iemesls tam nebija zināms. Tagad mēs mēģinām noteikt, vai Alu vai citi nekodējoši RNS elementi piedalās nervu reģenerācijā cilvēkiem.“
”Atveseļošanās pēc perifēro nervu traumām vai sistēmiskām slimībām, piemēram, diabēta, kas skar šos nervus, var būt ļoti lēna,” viņš piebilst. “Tāpēc mēs testējam terapiju, kas varētu paātrināt reģenerāciju, imitējot B2-SINE aktivitāti. Šī terapija sastāv no mazām molekulām, kas saista vēstītājus ar ribosomām, turot tos tuvu neirona ķermenim, kas veicina ātrāku augšanu. Mēs veicam šo pētījumu sadarbībā ar Weizmann nodaļu Binē, lai veiktu sākotnējus pētījumus ar potenciālu pielietojumu.”
Papildus perifēro nervu reģenerācijas stimulēšanai jaunais pētījums norāda arī uz vēl plašāku perspektīvu: reģenerāciju centrālajā nervu sistēmā. „Pašlaik mēs sadarbojamies ar Kalifornijas Universitāti Losandželosā, lai veiktu pētījumu, kas pierāda, ka mūsu atklātais mehānisms ietekmē atveseļošanos pēc insulta pelēm,” saka Fainzilbers. „Turklāt mēs sadarbojamies ar Telavivas Universitāti, Ebreju Universitāti un Šibas Medicīnas centru, lai pētītu tā potenciālo lomu sānu amiotrofiskajā sklerozē (BAS), progresējošā neirodeģeneratīvā slimībā. Neirodeģeneratīvās slimības skar miljoniem cilvēku visā pasaulē. Lai gan priekšā vēl garš ceļš, es patiesi ceru, ka kādu dienu mēs varēsim izmantot mūsu jauno reģenerācijas mehānismu to ārstēšanai.”
