Редкое сезонное сокращение мозга у бурозубок происходит из-за потери воды, а не гибели клеток, показывает исследование с помощью МРТ

от

Бурозубки — одни из немногих млекопитающих, способных гибко уменьшать и восстанавливать объём своего мозга. Этот редкий сезонный цикл, известный как феномен Денхеля, десятилетиями ставил учёных в тупик. Как мозг может терять объём и восстанавливаться спустя несколько месяцев без необратимых повреждений?

Исследование с использованием неинвазивной МРТ показало, что у бурозубок, проходящих через процесс сокращения мозга, ключевую роль играет потеря воды, а не гибель клеток. Работа опубликована в журнале Current Biology.

«Наши бурозубки потеряли 9% объёма мозга во время сокращения, но клетки не погибли, — говорит первый автор доктор Сесилия Бальдони, научный сотрудник Института поведения животных им. Макса Планка в Германии. — Клетки потеряли воду».

Обычно клетки мозга, теряющие воду, повреждаются и в конечном итоге умирают, но у бурозубок происходит обратное. «Клетки оставались живыми и даже увеличились в количестве», — говорит Бальдони.

Это открытие решает загадку и открывает потенциальные пути лечения заболеваний мозга у человека. «Мы видим, что сокращение мозга у бурозубок близко соответствует тому, что происходит у пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, Паркинсона и другими заболеваниями мозга», — говорит доцент Джон Ниланд, эксперт по заболеваниям мозга человека в Ольборгском университете, Дания.

Исследование и его выводы

Исследование также показало, что специфический белок, известный своей ролью в регуляции воды (аквапорин 4), вероятно, был вовлечён в перемещение воды из клеток мозга бурозубок. «Мы видим, что этот же белок присутствует в большем количестве в поражённом мозге людей», — говорит Ниланд.

Тот факт, что у бурозубок, переживающих сокращение мозга, наблюдаются характеристики, схожие с поражённым человеческим мозгом, делает случай этих миниатюрных млекопитающих, способных обращать потерю мозга, особенно интересным для поиска медицинских решений.

«Следующий шаг — узнать, как бурозубки восстанавливают свой мозг, чтобы мы могли найти способы научить человеческий мозг делать то же самое», — добавляет Ниланд.

Феномен Денхеля, или обратимое сокращение мозга, редок среди животных. До сих пор он был известен только у европейских кротов, горностаев и ласок, а также у некоторых видов бурозубок. Среди них наиболее изучены обычные бурозубки. Их мозг становится меньше с лета до поздней зимы, а затем восстанавливается весной.

Учёные называют это обратимое изменение размера «пластичностью мозга», и считается, что оно помогает бурозубкам экономить энергию, когда пищи мало.

«Эти крошечные млекопитающие, размером не больше вашего пальца, должны есть каждые несколько часов, будь то летом, когда еды много, или зимой, когда её очень мало», — говорит Дина Дехманн, руководитель группы в Институте поведения животных им. Макса Планка, которая изучает феномен Денхеля более 13 лет.

Исследователи использовали МРТ высокого разрешения для сканирования мозга диких бурозубок, пойманных в Германии летом, а затем повторно пойманных зимой. Метод медицинской визуализации позволил учёным неинвазивно увидеть, что происходит внутри мозга живых животных в разные сезоны.

«Таким образом, мы могли отслеживать, как мозг отдельных особей менялся, когда они испытывали сокращение с лета до зимы», — говорит старший автор профессор Доминик фон Эльверфельдт с медицинского факультета Университета Фрайбурга, Германия, который руководил визуализацией.

Они также сравнили эти сканы с микроскопическим исследованием ткани мозга летом и зимой, чтобы определить количество клеток на каждом этапе.

В целом, мозг бурозубок в исследовании потерял около 9% объёма зимой, что, по наблюдениям команды, произошло из-за перемещения воды из клеток мозга. Но когда команда изучила разные области мозга, они заметили, что не все области сокращались одинаково. Этот неравномерный эффект может объяснить большой экологический парадокс феномена Денхеля: как животные выживают с меньшим мозгом?

«Бурозубки всё ещё должны находить пищу, спасаться от хищников и вести свой обычный образ жизни всю зиму, что им удаётся делать с меньшим мозгом», — говорит Бальдони. По человеческим меркам, говорит Ниланд, «удивительно, чего эти бурозубки достигают при потере почти 10% мозга. Мы часто видим, что пациенты с болезнью Альцгеймера страдают от такого же процента снижения объёма мозга, и потеря функций у этих пациентов огромна».

Результаты нейровизуализации исследования указывают на потенциальный ответ. Большинство областей мозга сократились зимой и продемонстрировали согласованные сдвиги в водном балансе, характеризующиеся меньшим количеством воды внутри клеток и большим количеством воды вокруг них. Однако неокортекс и мозжечок отклонялись от этой общей закономерности, сохраняя более стабильный баланс воды внутри и снаружи своих клеток.

«Эти области отвечают за когнитивные навыки, такие как память, а также за моторный контроль», — говорит Бальдони. «Бурозубки, похоже, настраивают свой мозг на зиму, как мы могли бы настроить отопление в доме, поддерживая обогрев в важных помещениях, одновременно снижая мощность в тех, где мы можем позволить себе сократить работу».

Для экологов исследование объясняет механизм редкой сезонной стратегии и ставит новые вопросы. «Теперь, когда мы лучше понимаем физиологию, мы хотим связать это с поведенческими последствиями феномена Денхеля», — говорит Бальдони.

Для неврологов история о том, что бурозубки могут предложить медицине человека, только началась. Многие заболевания мозга — рассеянный склероз, болезнь Паркинсона, амиотрофический боковой склероз (ALS) и болезнь Альцгеймера — связаны со снижением объёма мозга из-за потери воды. Но для людей эта потеря прогрессирует только в одном направлении.

«Пока нет лечения ни для одного заболевания мозга, которое могло бы предотвратить или обратить вспять потерю объёма мозга», — говорит Ниланд. «Мы обнаружили, что у бурозубок есть биологические инструменты, чтобы не только остановить этот процесс, но и обратить его вспять».

Следующий шаг для команды — изучить вторую фазу Денхеля — рост мозга с зимы на лето. Они надеются, что это поможет разгадать ключи к лечению заболеваний мозга.

Ниланд добавляет: «Идея о том, что у нас может быть модельное животное, которое поможет нам научиться лечить болезни, которые в настоящее время неизлечимы, — это самое захватывающее, о чём я могу думать».

Предоставлено Институтом общества Макса Планка.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте