ПОСТНАТАЛЬНЫЙ НЕЙРОГЕНЕЗ: ИДЕНТИФИКАЦИЯ КЛЕТОК И ТЕРМИНОЛОГИЯ

Полный текст

Вопрос о механизмах развития нервной системы и регенераторных возможностях нервной ткани является ключевым для анализа способности головного мозга к восстановлению функций после тяжелых травм и инсульта, а также при оценке перспективности применения в клинической неврологии новых терапевтических подходов, основанных на использовании молекулярных и клеточных технологий [15, 16, 29]. В конце XX в. было установлено, что обновление клеточных популяций дефинитивной нервной ткани затрагивает не только глиальные элементы, но свойственно и нейронам [17, 20]. Эти и ряд других данных, полученных в исследованиях культуры ткани, привели к формулировке концепции о нейральных стволовых клетках [19]. К сожалению, до настоящего времени многие вопросы, связанные с установлением локализации этих клеток, их морфологических характеристик и цитохимических особенностей, не разрешены и остаются предметом для научной дискуссии. Все это привносит определенные противоречия в трактовку и анализ получаемых новых фактов. Поэтому, именно сейчас целесообразно определить, какие клетки ЦНС лежат в основе восстановительных процессов, и какой терминологии следует придерживаться, определяя участвующие в этих процессах клеточные популяции. Тем более, что в современной гистологической номенклатуре [14] эта проблема осталась не затронутой. Во второй половине XX в. в научной литературе преобладали взгляды на нейрогенез как на процесс, свойственный исключительно эмбриональному и раннему постнатальному периодам онтогенеза. Они были суммированы А. Г. Кнорре в соответствующем разделе его монографии [8]. На основании материалов, изложенных в этой работе, можно составить список форм предшественников, которые, как предполагалось, действительно существуют и участвуют в формировании нервной ткани (табл. 1). Часть из этих клеток имеют характерные структурные особенности, в то время как другие клетки на основании только морфологических признаков идентифицировать затруднительно. В настоящее время определено множество дифференцировочных маркеров (белков, обнаруживаемых на различных стадиях дифференцировки нервных и глиальных клеток), которые позволяют выявить различные популяции дифференцирующихся клеток, имеющих сходные морфологические признаки. Часть из этих маркеров помогают идентифицировать дифференцирующиеся нейроны и нейробласты [10, 12, 13]. В то же время, стадия пронейробласта (сейчас чаще используется другой термин — «нейропрогениторная клетка» [16]), как выяснилось, не обладает не только отчетливыми морфологическими признаками, но и уникальным спектром цитохимических маркеров, а существование единого полипотентного предшественника макроглиоцитов (спонгиобласта) вызывает сомнения. Несмотря на то, что популяция нейропрогениторных клеток не может быть охарактеризована в целом, различные клетки, которые занимают промежуточное положение между нейральными стволовыми клетками и нейробластами, могут быть определены по присутствию отдельных цитохимических маркеров. Однако являются ли определенные таким образом клетки длительно существующими популяциями или переходными формами, остается непонятным. Все это приводит к большому разнообразию в используемой терминологии, характеризующей клетки, принимающие участие в нейрогенезе, как в пренатальный период развития, так и в постнатальный период онтогенеза. В настоящее время постнатальный нейрогенез наиболее интенсивно изучается в пределах субвентрикулярной пролиферативной зоны, которая располагается в области латеральных стенок боковых желудочков конечного мозга [5]. Структурная организация субвентрикулярной зоны (СВЗ) уникальна для головного мозга, поскольку она сохраняет отдельные черты эмбриональной пролиферативной вентрикулярной зоны и выступает в роли определенной нейрогенной ниши [18, 22, 24] с особым микроокружением, которое способствует длительной персистенции стволовых клеток, пролиферации и направленной миграции созревающих (дифференцирующихся) постмитотических нервных и глиальных элементов. Поэтому клетки СВЗ сохраняют сходство с клетками, участвующими в эмбриональном нейрогенезе. Несмотря на обилие научной литературы, посвященной организации СВЗ и экспрессии различных маркеров ее клетками, еще нет ясности в отношении клеточного состава СВЗ и роли различных клеточных типов в процессе постнатального нейрогенеза. Отчасти это обусловлено тем, что различные группы исследователей либо вводят новые термины для обозначения известных клеточных типов, либо используют несовместимые характеристики (морфологические, биохимические, культуральные) для определения присутствующих in situ клеточных популяций СВЗ (табл. 2). В работах, проводимых в лаборатории функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы, а ранее в отделе морфологии Института экспериментальной медицины [1, 2, 9, 12, 13], значительное внимание всегда уделялось вопросам нейрогенеза и дифференцировки нервных клеток. В последние годы был проведен цикл работ [3–6], посвященных изучению структурной и цитохимической организации СВЗ у крысы — традиционного объекта исследования в экспериментальной нейробиологии. В ходе этих исследований были получены новые данные, часть из которых позволяют конкретизировать представления о реальном клеточном составе СВЗ и об информативности применения различных дифференцировочных маркеров с целью определения стадий формирования нервной клетки (см. табл. 2). Наиболее значимыми из дифференцировочных маркеров оказались белки, ассоциированные с цитоскелетом. Эти белки хорошо сохраняются при использовании различных способов фиксации материала и позволяют выявлять клетки, имеющие сложную форму. К таким маркерам относятся: виментин (маркер эпендимы интактного мозга [6, 11]) и нестин (маркер преимущественно нейральных стволовых клеток [9]). В интактном головном мозгу крысы нестиниммунопозитивными являются кластеры клеток с темным (за счет гетерохроматина) ядром и небольшим ободком цитоплазмы, расположенные в СВЗ боковых желудочков. После ишемического воздействия на мозг нестин-иммунопозитивными становятся небольшие группы клеток в эпендиме, эндотелиоциты кровеносных сосудов, а также астроциты СВЗ и стриатума [4]. Даблкортин (ДСХ) — белок, ассоциированный с микротрубочками [10] — принимает активное участие в реорганизации цитоскелета и процессе транслокации ядра (одного из ключевых событий, происходящих при миграции нейробласта), обнаруживается не только в постмитотических нейробластах, но и в клетках, которые являются предшественниками нейронов и могут делиться [10], т. е. в нейропрогениторных клетках. Другой маркер стволовых клеток Msi-1 [3, 23] в интактном мозгу экспрессируется в ядрах клеток эпендимы и большинства клеток СВЗ боковых желудочков и рострального миграционного потока (пути). Положительная реакция на белок Msi-1 наблюдается в отростчатых клетках стриатума, в клетках, обнаруживаемых среди интерфасцикулярных олигодендроцитов, и в периваскулярных клеточных элементах [3]. В интактном мозгу нет клеток, в которых нестин и Msi-1 выявляются одновременно, однако после постишемической активации нейрогенеза – такие клетки появляются [4]. Поэтому, с нашей точки зрения, коэкспрессия таких маркеров, как нестин и Msi-1, может помочь выявить смешанную группу нейральных стволовых и прогениторных клеток головного мозга. Ими могут быть и эпендимоциты, и кластеры клеток СВЗ, и отдельные клетки, расположенные вдоль кровеносных сосудов, и часть астроцитов стриатума. Следует заметить, что собирательный термин «нейральные стволовые и прогениторные клетки» (НСПК), который широко используется при характеристике пролиферативных зон, на самом деле определяет не индивидуальный клеточный тип, а различные клетки. Он необходим для правильного обозначения гетерогенной популяции клеток, которые могут пролиферировать и дифференцироваться в нейроны, независимо от их структурных характеристик и расположения. Анализ литературных источников и собственный опыт исследования пролиферативных зон показывают, что часть действительно существующих и гипотетических популяций клеток, относимых разными исследователями к СВЗ, не могут быть четко разграничены даже при использовании современных методов иммуноцитохимии и электронной микроскопии. В то же время, не вызывает сомнений и то, что большинство клеток СВЗ могут быть отнесены к известным, морфологически и цитохимически идентифицируемым клеточным популяциям (см. табл. 2). Это противоречие может быть устранено, если при описании процессов, происходящих в ходе формирования новых клеток нервной ткани, руководствоваться, в первую очередь, их морфологическими характеристиками и цитоспецифическими особенностями клеток, которые позволяют их однозначно идентифицировать. При использовании такого подхода в составе СВЗ можно определить 8 клеточных типов. Непосредственно под эпендимой находятся микроглиоциты (содержат Iba-1) и отдельные внеэпендимные эпендимоциты (содержат виментин ). Далее располагаются астроциты СВЗ (содержат GFAP, а часть из них — виментин), веретеновидные (радиальные) глиоциты (содежат глиальный кислый фибриллярный белок — GFAP), НСПК, образующие кластеры (содержат нестин, иногда — Msi-1). Глубже в СВЗ среди астроцитов можно обнаружить нейропрогениторные клетки и нейробласты (содержат DCX), а также единичные нейроны (их ядро содержит белок NeuN). Все многообразие определяемых в настоящее время дефинитивных, прогениторных и дифференцирующихся клеток СВЗ соответствует этим достаточно четко идентифицируемым клеточным типам.

Об авторах

Дмитрий Эдуардович Коржевский

Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины СЗО РАМН

Email: iemmorphol@yandex.ru
лаборатория функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы, отдел общей и частной морфологии 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12

Ольга Викторовна Кирик

Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины СЗО РАМН

лаборатория функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы, отдел общей и частной морфологии 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12

Елена Георгиевна Гилерович

Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины СЗО РАМН

лаборатория функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы, отдел общей и частной морфологии 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12

Список литературы

Дополнительные файлы