Синапсы больше не единственные: в мозге обнаружены секретные пути передачи сигналов

Нейроны и интеллект

© Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

На протяжении более ста лет нейробиологи рассматривали синапсы как основной способ обмена сигналами между нейронами. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Science, заставило учёных пересмотреть привычное представление о коммуникации в мозге. Команда исследователей обнаружила в нервной ткани структуру, которая способна передавать сигналы, обходя синапсы. Эти микроскопические соединения, названные дендритными нанотрубками (ДНТ), могут радикально изменить наше понимание того, как работает мозг и как развиваются нейродегенеративные заболевания.

Неожиданное открытие в тканях мозга

Используя сверхвысокое разрешение микроскопических снимков мозга мышей и человека, команда во главе с нейробиологом Хёнбэ Квоном из Университета Джонса Хопкинса обнаружила крошечные трубочки длиной около 3 микрометров и толщиной всего несколько сотен нанометров. Эти каналы соединяли нейроны напрямую — минуя синапсы.

Учёные зарегистрировали прохождение через них электрических сигналов, а также перемещение белков, связанных с болезнью Альцгеймера.

"Мы уже много лет изучаем мозг, и время от времени он преподносит нам сюрпризы", — сказал нейробиолог, почётный профессор Университета Эмори Лари Уокер.

По его словам, это открытие может перевернуть представления о том, как именно нейроны общаются между собой и как формируются патологические процессы в мозге.

Как ученые пришли к этому

Идея, что клетки могут соединяться микроскопическими каналами, не нова. Ещё в 2004 году немецкие исследователи описали так называемые туннелирующие нанотрубки (ТНТ), которые возникали между клетками почек крыс в пробирке и позволяли переносить органеллы. С тех пор подобные структуры находили во множестве тканей, связывая их с процессами регенерации и даже распространением вирусов.

Однако до недавнего времени найти такие проводники между нейронами в мозге млекопитающих не удавалось. Сложность заключалась в том, что дендриты нейронов образуют плотную сеть, и распознать среди них тончайшие трубочки было почти невозможно.

Команда Квона применила электронную микроскопию сверхвысокого разрешения, а также методы машинного обучения для анализа изображений мозга мыши и человека. Результат удивил даже самих исследователей: найденные структуры отличались от всех известных ранее, имели закрытые концы и меньшие размеры, чем классические ТНТ. Именно эти особенности позволили выделить их в отдельный тип — дендритные нанотрубки.

Что показали эксперименты

ДНТ оказались не просто "проводами" между клетками. В лабораторных условиях исследователи наблюдали, как по ним проходят электрические сигналы и как через них перемещаются молекулы. При повышении уровня кальция в одном нейроне соседняя клетка тоже фиксировала рост концентрации ионов — эффект, который исчезал при добавлении вещества цитохалазин D, препятствующего образованию нанотрубок.

Этот же препарат остановил перенос человеческого бета-амилоида - белка, участвующего в развитии болезни Альцгеймера, — между нейронами. Эксперименты и моделирование показали, что через сеть ДНТ бета-амилоид может накапливаться внутри клеток, что напоминает ранние стадии нейродегенерации.

"Самое интересное в этом то, что это очень прямая форма клеточной коммуникации", — отметил нейробиолог из Люксембургского университета Майкл Хенека.

Он не исключает, что подобная система связи дополняет, а возможно, и частично заменяет синаптический обмен сигналами.

Осторожность в выводах

Несмотря на энтузиазм, многие специалисты призывают не торопиться с выводами. Уокер и другие нейробиологи напоминают, что пока неясно, насколько широко распространены эти структуры, как именно они формируются и что именно транспортируют.

"Эксперименты с бета-амилоидом вряд ли полностью отражают происходящее в живом мозге", — пояснил клеточный биолог из Кембриджского университета Дэвид Рубинштейн.

По его словам, в организме большая часть бета-амилоида заключена в мембранных структурах, тогда как в экспериментах он свободно перемещался между клетками.

Сам Квон подчеркивает, что исследование находится лишь на начальном этапе. Команда планирует выяснить, могут ли ДНТ транспортировать и другие белки, включая тау-белок, также связанный с болезнью Альцгеймера.

Сравнение: два типа нейронных связей

Советы шаг за шагом: как следить за научными открытиями

А что если…

…ДНТ окажутся ключом к лечению нейродегенераций?

Тогда появятся новые мишени для лекарств, блокирующих патологический перенос белков.

…окажется, что нанотрубки есть у всех млекопитающих?

Это изменит подход к моделированию мозга и пониманию обучения.

…в будущем удастся управлять ДНТ?

Можно будет воздействовать на мозговые связи без разрушения тканей — например, в терапии инсульта.

Плюсы и минусы открытия

FAQ

Что такое дендритные нанотрубки?

Это микроскопические каналы длиной около 3 мкм, соединяющие нейроны напрямую, через которые проходят электрические и молекулярные сигналы.

Чем они отличаются от синапсов?

Синапсы используют химические посредники, а ДНТ позволяют прямой обмен ионами и веществами между клетками.

Как это связано с болезнью Альцгеймера?

Исследователи наблюдали перенос бета-амилоида по ДНТ, что может объяснить его быстрое распространение в мозге.

Можно ли уже говорить о лечении?

Нет, пока это фундаментальная наука. Нужно понять, насколько эти структуры распространены и как ими можно управлять.

Почему это открытие важно?

Оно расширяет понимание того, как нейроны взаимодействуют, и открывает новые пути для исследований мозга и болезней.

Мифы и правда

Миф: "Мозг изучен вдоль и поперёк".

Правда: Даже в XXI веке мы продолжаем находить новые формы нейронной связи.

Миф: "Все нанотрубки одинаковы".

Правда: ДНТ отличаются по форме, размеру и функциям от туннелирующих нанотрубок.

Миф: "Это уже лекарство от Альцгеймера".

Правда: Пока лишь гипотеза, но она поможет искать новые терапевтические подходы.

Исторический контекст

Почему это открытие может изменить нейронауку

Дендритные нанотрубки бросают вызов классическому представлению о "точечной" передаче сигналов через синапсы. Теперь становится ясно, что мозг использует и альтернативные пути обмена информацией, где ток и молекулы движутся напрямую. Это открывает новые горизонты в понимании памяти, обучения и нейродегенерации — возможно, ключ к разгадке болезней, с которыми человечество борется десятилетиями.