Много нейронов из ничего: как неудачный эксперимент привел к научному прорыву

Вокруг чашки Петри биолога Юаньчао Сюэ сгрудились ученые: они не могли понять, что в ней. «Мы видели кучу клеток с пипками, торчащими с поверхности! – вспоминает профессор Сяндун Фу, руководитель исследования в Калифорнийском университете в Сан-Диего (США). – Никто из нас не разбирался в нейробиологии, и мы спрашивали у всех подряд, и кто-то сказал, что это нейроны!» Ученые – специалисты по клеточной и молекулярной биологии – недоумевали: откуда взялись нейроны? После провального эксперимента Сюэ оставил чашку с опухолевыми клетками в инкубаторе на две недели – и в ней завелись нейроны. Откуда, ну?

Это даже смешно. Ученые во всем мире изо всех сил пыжатся создать нейроны в лабораториях, тратят на это огромные деньги и лучшие годы, а тут какой-то китайский постдок, изучающий никому не интересные белки, случайно получил полную чашку нейронов.

«Меня долго это озадачивало, и я не мог понять, что не так с моими клетками», – признается Сюэ, ныне работающий в Институте биофизики Китайской академии наук в Пекине. Он просто хотел убрать РНК-связывающий белок PTB из клеток человеческой опухоли с помощью малых интерферирующих РНК и рассчитывал на буйный рост, характерный для этих клеток, однако они вдруг перестали расти – и интерес к ним пропал. Может, в чашку случайно попал какой-то нервный контаминант? Сюэ повторил опыт заново, а потом еще раз, а затем еще раз, и еще разок еще раз…

«Мы тестировали каждую клетку, и всякий раз делали одно и то же: устраняли белок PTB – и каждая такая клетка становилась нейроном!» – уверяет Фу. Фибробласты, опухолевые клетки, глиальные клетки, лестничные клетки – все клетки превращались в нервные, и в них даже удалось зарегистрировать потенциалы действия, что говорило об их профпригодности. Похоже, дело было в белке.

Пора переходить к опытам на людях! Хотя нет, китайцы вспомнили, что они в Штатах, а значит, придется возиться с мышами. Есть, например, мышиные модели болезни Паркинсона – она характеризуется гибелью вырабатывающих дофамин нейронов в черной субстанции и полосатом теле головного мозга (для имитации болезни мышкам уничтожают большую часть этих клеток с помощью оксидофамина). Новым нейронам взяться неоткуда, так как нейрогенез прекращается в подростковом возрасте. Зато в мозге становится много астроцитов – эти звездчатые глиальные клетки обычно заполоняют пространство, освободившееся после гибели нейронов. Астроциты производят РНК-связывающий белок PTB1. Может быть, если удалить его в избыточных астроцитах мышей-паркинсоников, то они превратятся в нейроны?

Да ну не, возразили нейробиологи, воссоздать функционирующий нейрон и восстановить нейронный контур нереально. Эксперименты в чашках Петри, in vitro, совсем не то же самое, что в живых организмах, in vivo. Ох уж эти наивные китаезики.

Однако именно наивность – неосведомленность во всех этих нейробиологических тонкостях – и позволила научной группе продвинуться вперед, считает Фу. Ученые разработали вектор на основе аденоассоциированного вируса и с его помощью ввели в черную субстанцию специальные РНК, чтобы заблокировать ген Ptbp1, кодирующий белок PTB1. Спустя 12 недель около 600 астроцитов стали нейронами – примерно треть от первоначального количества нейронов в субстанции была восстановлена. Новые нервные клетки не только производили дофамин, но и успешно встраивались в местные нейронные контуры, что приводило к восстановлению двигательных функций у мышей. Похоже, нейробиологи ошибались.

Примерно с той же эффективностью ученым удалось перепрограммировать астроциты в нейроны и в полосатом теле и даже в коре больших полушарий головного мозга. В полосатом теле дофаминергические нейроны уничтожались с одной стороны, в результате мышки становились односторонними паркинсониками и для ощупывания предметов использовали только левые или правые лапки. Однако после терапии избирательность исчезала, и все четыре лапки двигались в одинаковой мере, что свидетельствовало о восстановлении нейронных контуров за счет новообразованных нейронов.

Другие научные группы тоже пытались проделать подобное. Так, шведские специалисты в 2017 году заявили о том, что они смогли превратить астроциты мышей-паркинсоников в производящие дофамин нейроны в полосатом теле – правда, очень мало и явно недостаточно для формирования протяженных нейронных связей и восстановления двигательной активности. Возможно, астроциты удерживал от трансформации в нейроны именно белок PTB1.

Несмотря на успехи в экспериментах, китайцам с американцами далеко не сразу удалось опубликовать результаты. Три года назад они подали заявку в один из журналов, и три рецензента лично позвонили им, чтобы поздравить с прорывом, однако четвертый засомневался в правильности интерпретации полученных результатов, и в публикации было отказано. Разочарованным авторам пришлось еще пару лет дорабатывать исследование, прежде чем отправить заявку в Nature, где в конечном счете и вышла статья. Там тоже три рецензента рассыпались в восторгах по телефону, назвав работу революционной, но четвертый предложил поработать еще немножко, чтобы исключить оставшиеся сомнения. «Нам предложили еще 28 экспериментов! – фурчит Фу. – Мы выполнили каждый из них! Вот почему наша статья такая длинная!»

Ну, теперь-то точно пора переходить к опытам на людях. «Сначала на обезьянах! – поправляется Фу. – А потом наконец на людях! – расплывается в улыбке китаец. – В частности, на стареющих человеческих мозгах!» Если методика сработает на людях так же, как на мышах, лечить нейродегенеративные недуги вроде болезни Паркинсона можно будет простым укольчиком в башку. Правда, предстоит еще понять, как не переборщить с числом обращенных в нейроны астроцитов и не задеть другие важные клетки мозга, а то как бы от такого лечения из паркинсоника не превратиться в патиссоника – или в любой другой овощ.

Текст: Виктор Ковылин. По материалам: Nautilus, N+1, Medach Научная статья: Nature (Qian et al., 2020)

Источник: batrachospermum.ru

Комментарии: