Гематоэнцефалический барьер: эндотелий вместо иммунной системы

Исследователи из нескольких Национальных институтов здравоохранения, изучая рыбок данио рерио, обнаружили, что клеточные популяции в гематоэнцефалическом барьере, которые защищают мозг от болезнетворных микроорганизмов и вредных веществ, представляют собой не иммунные клетки, как думали прежде, а, скорее всего, клетки системы кровообращения. Эта фундаментальная находка, опубликованная в eLife, может стать важным открытием, помогающим понять возрастные изменения работы мозга и то, как ВИЧ инфицирует этот орган.

Это изображение мозга взрослых рыбок данио-рерио, на котором зелёным показаны флуоресцентные гранулярные периваскулярные клетки (FGPs) и розовым – кровеносные сосуды. Источник: National Institutes of Health

Гематоэнцефалический барьер – это слои клеток, которые выстилают внутри и снаружи кровеносные сосуды головного мозга и не дают веществам из крови проникать в ткани. Внутренний слой клеток представляет собой эпителиальная ткань – эндотелий, который есть во всех кровеносных сосудах организма. В сосудах мозга соседние эндотелиальные клетки образуют плотный барьер, который предотвращает попадание токсинов и микроорганизмов в орган. Но они не единственные.

Есть ещё одна особая популяция клеток, которая покрывает мозговые капилляры снаружи. Учёные полагают, что она тоже играет защитные функции. Эти клетки наподобие макрофагов поглощают токсины, клеточные отходы и микробы, а затем упаковывают их структуры, называемые везикулами (пузырьками). Эти сторожевые клетки называются флуоресцентными гранулярными периваскулярными клетками (FGPs), так как везикулы испускают жёлтое свечение под воздействием света.

Учёные доказали, что FGPs присутствуют в мозге данио-рерио и что они не связаны с иммунной системой, как считалось ранее, а произошли от самих эндотелиальных клеток.

Эти клетки играют важную роль в различных заболеваниях мозга. Они выступают в качестве крупных точек входа для заражения мозговой ткани ВИЧ-инфекцией. Возрастное снижение когнитивных функций также связано со сниженной способностью FGPs очищаться.

Лаборатория одного из ведущих авторов исследования Бранта Вайнштейна (Brant Weinstein) из Национального института здоровья детей и человеческого развития (NICHD) изучала данио-рерио, чтобы понять, как связаны кровь и лимфатическая система в развитии. Мальки прозрачны, поэтому под микроскопом увидеть предмет исследования – систему кровообращения – не составляет труда. Доктор Вайнштейн и его коллеги вставили ген светящегося зелёным белка в клетки эндотелия отдельных кровеносных капилляров и в сосудистую лимфатическую сеть, где в основном «обитают» иммунные клетки. В дополнение к светящейся лимфатической системе исследователи заметили, что «зелёные» клетки также покрыли всю поверхность мозга крошечных мальков.

При ближайшем рассмотрении исследователи причислили эти клетки к FGPs. По тому, что они позеленели, стало очевидно, что источник их возникновения – эндотелий. Однако вплоть до момента опубликования статьи считалось, что это макрофаги, клетки исключительно иммунной системы.

Увеличенный участок изображения. Источник: National Institutes of Health

Учёные провели дополнительные эксперименты, чтобы подтвердить сосудистое происхождение FGPs, в том числе провели анализ того, какие белки синтезируются из их ДНК. И эти протеины наиболее близко подошли к таковым у эндотелиальных клеток лимфатической системы, а не белкам макрофагов.

В другой серии экспериментов зелёный флюоресцентный белок вставлялся в ткани, которые в процессе эмбрионального развития образовывали кровеносные и лимфатические сосуды у мальков. Когда рыбы взрослели, учёные наблюдали светящиеся зелёным FGPs на их поверхности мозга, что подтверждало происхождение этих клеток из эндотелия.

Исследователи намереваются провести дальнейшие исследования того, как FGPs взаимодействуют с кровеносными сосудами и составляют гематоэнцефалический барьер.

Текст: Анна Хоружая

«A novel perivascular cell population in the zebrafish brain», Marina Venero Galanternik, Daniel Castranova, Aniket V Gore, Nathan H Blewett, Hyun Min Jung, Amber N Stratman, Martha R Kirby, James Iben, Mayumi F Miller, Koichi Kawakami, Richard J Maraia, Brant M Weinstein in eLife. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.24369

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