Команда исследователей в Медицинском центре Нью-Йоркского университета Langone обнаружила, что два гена, названные Hoxa5 и Hoxc5, играют решающую роль в установлении нейронных схем, требуемых для дыхания. Открытие могло помочь предварительному лечению повреждений спинного мозга и нейродегенеративных заболеваний.
Главные изображения показывают потерю синаптических контактов между нейронами PMC и диафрагмами у Hoxa5/Hoxc5-deficient трансгенных мышей (Polyxeni Philippidou и др.). Красные линии на нижних изображениях указывают на местоположение гена Hoxa5 на короткой руке хромосомы 7 и гена Hoxc5 на длинной руке хромосомы 12 (genecards.org)
Трехлетнее исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, определяет молекулярный кодекс, который отличает группу управляющих мышцей нервных клеток, коллективно известных как моторная колонка phrenic (PMC).“Эти клетки лежат примерно на полпути задняя часть шеи, чуть выше четвертого шейного позвонка, и являются, вероятно, самыми важными мотонейронами в Вашем теле”, объяснил ведущий автор профессор Джереми Дэсен Говарда Хьюза Медицинский Институт.Нанесение вреда части спинного мозга, где PMC проживает, может немедленно закрыть дыхание.
Но относительно мало известно о том, что отличает нейроны PMC от соседних нейронов, и как нейроны PMC развиваются и телеграфируют себя к диафрагме в зародыше. Клетки PMC передают постоянный поток электрохимических сигналов вниз их связанные аксоны и на мышцы диафрагмы, позволяя легким расшириться и расслабиться в естественном ритме дыхания.“У нас теперь есть ряд молекулярных маркеров, которые отличают те клетки от другого населения мотонейронов, так, чтобы мы могли изучить их подробно и искать способы выборочно увеличить их выживание”, сказал профессор Дэсен.
Чтобы узнать, что отличает нейроны PMC от их спинных соседей у мышей, ученые ввели ретроградный флуоресцентный трассирующий снаряд в phrenic нерв, который телеграфирует PMC к диафрагме, и затем искал спинные нейроны, которые осветили, поскольку трассирующий снаряд работал свой путь назад к PMC. Они использовали трансгенных мышей, которые выражают зеленый флуоресцентный белок (GFP) в мотонейронах и их аксонах, чтобы видеть phrenic нерв. После замечания характерного образца экспрессии гена этих нейронов PMC ученые начали определять свои определенные роли.В конечном счете сложное напряжение трансгенных мышей показало два гена, Hoxa5 и Hoxc5, как главные диспетчеры надлежащего развития PMC.
Гены Hox – 39 выражены в людях – известны как основные генные регуляторы развития животных.“Когда Hoxa5 и Hoxc5 заставлены замолчать в эмбриональных мотонейронах у мышей”, сообщили ученые, “PMC не создает его обычную, плотно колоночную организацию и не соединяется правильно с диафрагмой, оставляя новорожденное животное неспособным дышать”.“Даже если Вы удаляете эти гены поздно в эмбриональном развитии, снижения населения нейрона PMC и phrenic нерв не создает достаточно отделений на мышцах диафрагмы”, сказал профессор Дэсен.Профессор Дэсен планирует использовать результаты, чтобы помочь понять более широкую схему дыхания – включая производящие ритм нейроны в стволе мозга, которые в свою очередь отзывчивы к уровням углекислого газа, напряжению и другим факторам окружающей среды. “Теперь, когда мы знаем что-то о клетках PMC, мы можем проложить себе путь через более широкую схему, чтобы попытаться выяснить, как все те связи установлены”, сказал он.
“Как только мы понимаем, как дыхательная сеть телеграфирована, мы можем начать развивать новые варианты лечения для дыхания расстройств, таких как внезапные остановки дыхания во сне”, сказал ведущий автор доктор Поликсени Филиппидоу.