Как крокодилы Баха слушали

Международная группа учёных обнаружила в мозге пресмыкающихся индивидуальный механизм обработки звуковой информации. Оказалось, что в зависимости от сложности звукового стимула у представителей класса – нильских крокодилов – активировались разные области мозга. Подробности исследования авторы опубликовали в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Credit: public domain


Птицы и млекопитающие общаются между своими сородичами при помощи развитых в процессе эволюции отделов конечного мозга, ответственных за обработку информации от органов чувств. У млекопитающих она представлена сочетанием серого и белого вещества, уложенного в виде «мантии» в несколько «слоев», в отличие от птиц, у которых в большей степени «мантия» имеет ядерную структуру. Несмотря на такие различия в строении конечного мозга как птицы, так и млекопитающие могут эффективно воспринимать и обрабатывать слуховую информацию примерно на одном уровне.

У пресмыкающихся система коммуникации налажена хуже, чем у других представителей высших позвоночных животных. Этот класс имеет большие отличия в механизмах обработки сенсорной информации от разных органов чувств, что может обуславливаться особенностями анатомии их конечного мозга. В новом исследовании авторы решили на функциональном уровне проследить, что происходит в мозге этих высших позвоночных при обработке сенсорных стимулов.

Феликс Строкенс (Felix Ströckens) из Рурского университета в Германии объединил учёных из разных стран мира для того, чтобы рассмотреть механизм активации областей мозга у крокодилов в фМРТ. Исследователи поместили хищников в аппарат и стимулировали их звуковыми и визуальными сигналами. Пять молодых нильских крокодилов наблюдали мигающие цветные огоньки, а также слушали простые – в два аккорда, и сложные звуки – начальные ноты «Брандербургского концерта» Иоганна Себастьяна Баха.

В результате учёные наблюдали активацию переднего отдела дорсального наджелудочкового валика – главной структуры, обрабатывающей сенсорную информацию, в головном мозге млекопитающих и птиц. В эксперименте эта зона становилась активной преимущественно во время обработки сложных слуховых стимулов. Из этого учёные заключили, что сложность обработки информации прямо пропорциональна сложности стимула. Таким образом, мозг крокодилов работает по принципу иерархии, что делает их схожими с птицами и млекопитающими.

Первые представители современного отряда крокодилов появились более 85 миллионов лет назад, и за все время существования фенотип этих пресмыкающихся изменился не сильно. Это открывает широкие возможности для углубленного изучения развития нервной системы в процессе эволюции позвоночных животных. А с помощью таких методов анализа, как фМРТ, исследователи смогут в деталях рассмотреть, какой была нервная система много веков назад.


Текст: Екатерина Заикина

Functional MRI in the Nile crocodile: a new avenue for evolutionary neurobiologyby Mehdi Behroozi, Brendon K. Billings, Xavier Helluy, Paul R. Manger, Onur Güntürkün, Felix Ströckens in ProceedingsoftheRoyalSocietyB. Published April 2018

DOI: 10.1098/rspb.2018.0178

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Препарат против рассеянного склероза может стать обезболивающим

Исследователи из Медицинской школы Университета Сент-Луиса обнаружили, почему многие пациенты с множественной миеломой испытывают сильную боль при лечении бортезомибом — противораковым лекарственным препаратом. И нашли средство, которое облегчит лечение. Исследование, опубликованное в журнале Experimental Medicine, доказывает, что препарат, уже одобренный для лечения рассеянного склероза, смягчает болевой эффект и позволяет пациентам с миеломой успешно завершить лечение.

Credit: public domain


Нейропатическая боль при химиотерапии — распространенный и болезненный побочный эффект многих противоопухолевых препаратов. Это нежелательное последствие лечения может заставить пациентов вовсе прекратить его, либо сильно снизить качество жизни пациента в ремиссии, поскольку боли могут сохраняться на протяжении нескольких лет.

«Решение этой проблемы представляет серьезную клиническую необходимость, потому что высокая эффективность терапии онкологических заболеваний привела к тому, что в Соединенных Штатах появилось почти 14 миллионов людей, перенесших рак, многие из которых страдают от долгосрочных побочных эффектов своих лекарственных препаратов»,  говорит Даниэла Сальвемини (Daniela Salvemini), профессор фармакологии и физиологии в Школе медицины Университета Сент-Луиса.

Бортезомиб, который широко используется для лечения множественной миеломы и мантийноклеточной неходжкинской лимфомы, вызывает побочные эффекты у более чем 40 процентов пациентов, но причины этого неясны. Известно, что биоактивные метаболиты сфинголипидов, которыми особо богата нервная ткань — это мощные сигнальные молекулы, а их небольшие модификации оказывают значительное влияние на передачу сигналов.

По сравнению с контрольным животным (слева), спинной мозг «пролеченный»  бортезомибом (в центре), показывает больнее количество активированных астроцитов (зеленый). Эффект от бортезомиба предотвращается препаратом от рассеянного склероза, финголимодом (справа).  Credit: Stockstill et al., 2018


Чтобы выяснить, как взаимосвязаны эти два явления, ученые провели множественный анализ сфинголипидной активности (LC-ESI-MS / MS) одним из методов жидкостной хроматографии — электрораспылением. Это широко распространенный метод химического анализа сочетающий в себе физическое разделение жидкостной хроматографии  с масс-спектрометрией, суть которого в том, что жидкостная хроматография разделяет смеси нескольких компонентов, а масс-спектрометрия обеспечивает структурную идентичность отдельных компонентов с высокой чувствительностью. Таким образом можно найти точную формулу искомого вещества.

Сальвемини и коллеги обнаружили, что бортезомиб ускоряет производство одного из классов молекул — сфинголипидов, которыми богата нервная ткань. Именно их ранее связывали с нейропатической болью. В спинном мозге крыс, которым давали бортезомиб в лекарственных целях, накапливались два метаболита сфинголипидов: сфингозин 1-фосфат и дигидросфингозин 1-фосфат. С них и начиналось проявление признаков нейропатической боли. Купирование производства этих молекул предотвращало развитие у животных нейропатических побочных эффектов  в ответ на бортезомиб.

Как выяснилось, эти два вещества способны активировать белок рецептора клеточной поверхности, называемый S1PR1. Ученые установили, что из-за активации S1PR1, находящихся на поверхности глиальных клеток — астроцитов — развивается болевой эффект. Это, в свою очередь, приводит к нейровоспалению и усиленному выделению раздражающего нейромедиатора глутамата.

Препараты, подавляющие S1PR1, также не приводили в развитию нейропатической боли в ответ на бортезомиб. И одним из таких лекарственных средств стал финголимод (препарат, используемый для лечения рецидивирующих форм рассеянного склероза, — прим. ред.). Пациенты, принимающие это лекарство, избавлялись от изнуряющих болей, и при этом, что важно, оно никак не препятствовало способности бортезомиба убивать клетки миеломы.


Текст: Ирина Помеляйко

Dysregulation of sphingolipid metabolism contributes to bortezomib-induced neuropathic pain by Katherine Stockstill, Timothy M. Doyle, Xisheng Yan, Zhoumou Chen, Kali Janes, Joshua W. Little, Kathryn Braden, Filomena Lauro, Luigino Antonio Giancotti,  View ORCID ProfileCaron Mitsue Harada, Ruchi Yadav, Wen Hua Xiao, Jack M. Lionberger, William L. Neumann, Gary J. Bennett, Han-Rong Weng, Sarah Spiegel, Daniela Salvemini in Experimental Medicine. Published April 2018

DOI: 10.1084/jem.20170584

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Нейростарости: стриатум показал себя с новой стороны

Когда вы уверенно идёте к цели, которая, например, располагается в кондитерской на другом конце города, или завершаете проект, предвкушая одобрение начальника и долгожданную премию, то шарообразная структура мозга, называемая стриатумом, неустанно вам в этом помогает, так как именно она имеет решающее значение, управляя движением к награде. Здоровый стриатум также поможет вам остановить себя на определённом моменте в конце вечера, когда вы будете отмечать успех того самого проекта. Когда же полосатое тело функционирует неправильно, то это может привести к патологиям типа болезни Паркинсона, обсессивно-компульсивного расстройства или всякого рода зависимостям. Но как оказалось, это далеко не все его функции, и маленький участок мозга таит в себе ещё множество нераскрытых тайн.

Исследователи Института солка применили новый генетический инструмент, чтобы картировать связи нейронов в стриатуме. Матрица нейронов, выделенная зелёным цветом, будто «омывает» нейрональные патчи (красные), небольшие скопления нервных клеток в стриатуме. Функции матрицы и патчей до сих пор остаются загадкой, но это исследование позволит учёным лучше понять их связь и контролировать их активность в дальнейших исследованиях. Изображение Института Солка.


На самом деле точные функции стриатума отнюдь не определены, и загадка также в том, как структура может координировать то, чем занимается весь мозг. Исследование, проведённое учёными из Института Солка и их коллегами, погружается в анатомию и функционал стриатума, и теперь об этом можно прочитать в журнале Neuron. Применив передовые стратегии для всестороннего изучения одного отдела мозга, научные умы нашли менее известные формы организации.

«Самый увлекательный результат этих исследований заключается в том, что у нас теперь есть новые возможности для изучения давно волнующих нас вопросов о том, как полосатое тело контролирует движения и в здоровом, и в больном мозге»,
— комментирует старший автор Синь Джин (Xin Jin), профессор лаборатории молекулярной нейробиологии в Институте Солка.

Уникальную организацию полосатого тела исследователи обнаружили ещё сорок лет назад. Оно усеяно патчами, лоскутами нейронов (patch cells, striatal patch), которые под микроскопом выглядят как маленькие островки клеток. «Океан» вокруг них состоит из нейронов, которые обобщённо называются матриксом (striatal matrix).

В течение четырёх десятилетий учёные размышляли о роли patch cells и  матрикса в нейродегенеративных заболеваниях. Одна идея заключалась в том, что ) контролируются высшим мозгом, так как предполагалось, что они могут играть определённую роль в познании, тогда как клетки матрицы, вполне явно участвовали в чувствительности и двигательной активности.

Новое исследование опровергает эту идею, показывая, что оба типа информации передаются как в патчи, так и в матрицу нейронов, хотя patch cells, как правило, получают немного больше информации от эмоциональных центров мозга (они включены в высшие мыслительные центры). Но эти результаты объясняют, почему в мозге пациентов,  например, с болезнью Хантингтона (прогрессирующая нейродегенеративная патология, которая ощутимо влияет на возможность двигаться и другие функции), страдают и «островки»,  и «океан».

Джин с соавторами работали с различными технологиями, чтобы обнаружить эти находки. Генная инженерия выборочно и точно определяла, какой патч какой матрице соответствует. Немного менее точную информацию давало окрашивание. Также использовались новые нейронные методы трассирования (neural tracing methods), в том числе созданный коллаборатором Эдвардом Каллвеем (Edward Callaway) и его группой в институте Солка. Он заключался в картировании «входов»  и «выходов» от всего мозга в клетки патча и матрикса. Третий основной подход, основанный на электрофизиологии позволил учёным подтвердить соединения, которые они нашли, а также понять их мощность.

«Большая часть предыдущих работ, направленная на изучение патчей и матрикса, освещала их функции, основанные на связи с остальным мозгом, но большинство из этих гипотез были неправильными. С более точной картой «ввода» и «вывода» этих структур мы сможем строить более обоснованные гипотезы»,
— говорит Смит.

Нейроны патчей и матрицы — не единственные, которые нейрофизиологи способны найти в стриатуме. Полосатое тело также содержит клетки, которые имеют совершенно противоположное действие. Они через прямые и косвенные пути словно, так сказать, включают газ или резко жмут на тормоз при передвижении. Эти же косвенные и прямые пути имеют предопределяют поведение, например, при формировании новых привычек. И всё это делает стриатум гораздо сложнее. Но старт дан, и в будущем откроется новый взгляд на его функционирование в норме и патологии.


Текст: Анна Хоружая

Genetic-Based Dissection Unveils the Inputs and Outputs of Striatal Patch and Matrix Compartments by Jared B. Smith, Jason R. Klug, Danica L. Ross4, Christopher D. Howard, Nick G. Hollon, Vivian I. Ko, Hilary Hoffman, Edward M. Callaway, Charles R. Gerfen, Xin Jin in Neuron. Published online August 2016. doi:10.1016/j.neuron.2016.07.046

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.