Рисунки и таблица к статье.  | 

Предшественники нервных клеток (NPCs) в мозге млекопитающих мультипотентны – они могут дифференцироваться в нейроны, астроциты или олигодендроциты во время развития и у взрослого организма. Однако факторы, влияющие на NPC дифференцировку, охарактеризованы недостаточно. В работе авторов показано, что у мышей клеточное окислительно-восстановительное состояние играет в этом отношении важную роль, оказывая эффекты на гистоновую деацетилазу (HDAC) Sirt1.

NPC пролиферация и дифференцировка после повреждений мозга может восполнять утраченные клетки и восстанавливать деятельность нейронов. Однако при многих патологических состояниях, особенно с вовлечением воспалительного процесса, доминирует образование астроцитов, а не нейронов. Группа исследователей Zipp и Aktas попыталась выяснить причины этого явления. Выяснив их, по мнению авторов, появляется возможность манипулирования в продуцировании определенных типов нервных клеток при определенных неврологических расстройствах.

Авторы впервые попытались оценить in vitro насколько окислительно-восстановительный статус может влиять на пролиферацию NPCs. Они обнаружили, что в сравнении с контрольной культурой, инкубация клеток с различными прооксидативными химическими соединениями снижает общее число NPCs и долю пролиферирующих клеток. Инкубация с соединениями, снижающими окислительно-восстановительные процессы, оказывала оппозитный эффект. Т.о., оксидативная среда может оказывать влияние на процессы регенерации нейронов.

Затем авторы попытались выяснить, насколько оксидативный статус клетки влияет на дифференцировку, которая может быть ускорена в культуре удалением basic fibroblast growth factor (bFGF) из культуральной среды. Было обнаружено, что инкубация в условиях окисления в течение 7 дней после удаления bFGF увеличивала долю астроцитов и снижала образование нейронов. И, напротив, инкубирование клеток при редуцирующих условиях снижала долю астроцитов и увеличивала долю нейронов.

Для определения факторов, опосредующих эти эффекты на дифференцировку NPC, авторы проследили уровни экспрессии белков, которые участвуют в этом процессе. Было обнаружено, что при дифференцировке NPCs экспрессия redox-sensitive HDAC Sirt1 увеличивалась при оксидативной инкубации. Соответственно, добавление Sirt1 активатора ресверартрола к redox-normal NPC культурам за 2 дня до дифференцировки мимикрировало эффект оксидативного состояния, тогда как small-interfering-RNA (siRNA) нокдаун Sirt1 до оксидативных изменений устраняло такой эффект.

Эксперименты по иммунопреципитации показали, что оксидативные условия также увеличивали Sirt1 связывание с транскрипционным фактором Hes1 - белком, который, как известно, репрессирует экспрессию транскрипционного фактора Mash1. Авторами было показано, что и оксидативные условия, и прямая Sirt1 активация ресверартролом снижали экспрессию Mash1. Дальнейшие исследования обнаружили, что индукция оксидативного состояния увеличивало связывание Sirt1–Hes1 с Mash1-gene promoter region и, таким образом, увеличивало деацетилирование этой области, даунрегулируя транскрипцию генов.

Дополнительные эксперименты in vivo показали, что Mash1 и Sirt1 экспрессия почти не перекрывается в предшественниках в нормальном мозге мышей, облегчая тем самым нейрогенез во время развития. Оксидативные изменения увеличивали Sirt1 экспрессию и снижали экспрессию Mash1 в NPCs , понижая регуляцию нейрогенеза и т.о. воспроизводя результаты экспериментов in vitro.

Эти результаты показали, что в NPCs мышей оксидативное окружение сдвигает дифференцировку NPC в сторону астроцитов в результате усиления Sirt1- и Hes1 опосредованной негативной регуляции гена Mash1. Эти данные могут внести определенный вклад в разработку методов стимулирования нейрональной дифференцировки стволовых клеток у больных с неврологическими расстройствами и повреждениями мозга.

Дополнительная информация: Рисунки. Методы исследования