Роль противовоспалительных цитокинов в механизме запоминания в норме

Цитокины — это небольшие сигнальные молекулы иммунных реакций, в отличие от гормонов они действуют на многие клетки организма. После того как появились данные о том, что резидентные клетки мозга (нейроны, астроциты и микроглия) продуцируют такие медиаторы иммунной системы, как цитокины и их рецепторы при нормальных физиологических условиях, возникла потребность исследовать роль этих медиаторов в когнитивных процессах.

Данных о функциональной роли противовоспалительных цитокинов в механизмах синаптической пластичности и когнитивных функциях зрелого мозга млекопитающих в литературе мало. Однако они имеют ключевое значение для понимания механизмов взаимодействия нервной и иммунной систем в организме. Такое взаимное влияние осуществляется с помощью цитокинов, и оно, например, хорошо проявляется когда развивается воспалительный процесс: кто не помнит, как трудно нам дается любое умственное усилие при высокой температуре?! Однако и в здоровом организме эти молекулы участвуют в локальной переработки информации в мозге, поскольку модулируя активность отдельных клеток и локальных нервных сетей цитокины способны перестраивать процессы синаптической пластичности и межклеточные взаимодействия в целом в зависимости от локального соотношения уровней разных цитокинов в определенных областях мозга.

Коллектив авторов Лаборатории экспериментальной нейробиологии ИТЭБ РАН под руководством заведующего лабораторией, доктора биологических наук Владимира Ивановича Архипова провели исследование роли противовоспалительных цитокинов в механизмах запоминания в нормальных условиях. Результаты их работы опубликованы в июльском номере журнала Behavioural Brain Research.

«В отличие от противо-воспалительных, действие про-воспалительных цитокинов на когнитивные функции довольно хорошо изучено. В норме уровень цитокинов в ткани мозга очень низок (несколько пг), но в ответ на воспаление их уровень значительно повышается. В научной литературе можно найти данные, полученные на модельных системах мозга (культуре нервной ткани, переживающих срезах гиппокампа), что противовоспалительные цитокины даже в низких концентрациях каким-то образом влияют на активность нейронов и такое влияние вполне может проявиться при стрессовых ситуациях, при усиленной когнитивной деятельности. Чтобы подтвердить это предположение, и понять, какую роль противовоспалительные цитокины могут играть в механизмах когнитивной деятельности, необходимо провести эксперименты in vivo. Из множества цитокинов нами были выбраны лишь два, наиболее изученных: интерлейкин 10 (IL-10) и трансформирующий фактор роста (ТФР-?1)» - сообщил пресс-службе ИТЭБ РАН Владимир Иванович.

Проведенные исследования in vivo на крысах линии Вистар, обученных выполнять пищедобывательный навык, показали, что микроинъекции в мозг выбранных цитокинов не повлияли на память животных, они отлично справлялись с задачей и хорошо воспроизводили навык. Но если память животных после введения цитокинов не ухудшалась, можно предположить, что цитокины способны улучшить процессы памяти, если их ввести при нарушенных когнитивных функциях. Для этого был использован скополамин (блокатор м-холинорецепторов), который вызвал у крыс амнезию. Однако и в этом случае противовоспалительные цитокины не улучшили память животных, и был сделан вывод, что повышение уровня в мозге выбранных для анализа цитокинов не влияет на когнитивные функции. Авторы, тем не менее, на этом не остановились и продолжили свои исследования, измерив содержание ИЛ-10 и ТФР-?1 с помощью высокочувствительного иммунохимического метода в ткани мозга в процессе обучения крыс. Две структуры мозга имеют особенно важное значение для когнитивных функций человека и животных – гиппокамп и префронтальная кора. Оказалось, что обучение животных никак не повлияло на уровень ИЛ-10 в этих структурах мозга, в отличие от уровня ТФР-?1. Оказалось, что в префронтальной коре при обучении происходит кратковременное повышение этого цитокина. Авторы полагают, что такое повышение необходимо для успешного запоминания, а точнее – для процесса превращения кратковременной формы памяти в долговременную - потому что если мы применяем ингибитор внутриклеточного сигнального пути, то останавливаем это нужное повышение уровня и процесс запоминания становится хуже.

Понимание функциональной роли цитокинов в клеточных механизмах переработки и хранения информации в здоровом мозге, дает нам понимание как управлять этими процессами, что, в конечном счете, позволяет разрабатывать терапевтические средства для лечения нейропатологий, связанных с нарушением этих механизмов.

Работа поддержана грантом РНФ (16-15-10356).

Источники:

V.I.Arkhipov, E.V. Pershina and S.G.Levin. The role of anti-inflammatory cytokines in memory processing in a healthy brain. Behavioural Brain Research 367 (2019) 111–116.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166432818316231

На фото авторы работы Екатерина Першина и зав. Лабораторией экспериментальной нейробиологии, д.б.н. Владимир Иванович Архипов. Фотография пресс-службы ИТЭБ РАН.

На фото лабораторное животное.

Материал подготовила:

Алсу Дюкина

Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru,

Пресс-релизы ИТЭБ РАН: http://web.iteb.ru/press-release.htm

Источник: www.sciencedirect.com

Комментарии: