Ученые БФУ выяснили, как клетки мозга защищают себя при дефиците серотонина

Исследователи БФУ имени Иммануила Канта совместно с коллегами из Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка (Германия), Медицинского университета Шарите (Германия) и Центра медицинских наук Университета штата Луизиана (США) экспериментально доказали, что при нехватке в мозге серотонина клетки микроглии усиливают экспрессию рецептора 5-HT2b и нейротрофического фактора BDNF в гиппокампе. Изучение таких адаптаций клеток мозга поможет в разработке антидепрессантов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Cells, в специальном выпуске, посвященном изучению нейрогенеза и нейровоспаления (Advanced Research in Neurogenesis and Neuroinflammation).

Долгое время считалось, что серотонин («гормон счастья») нужен только для того, чтобы передавать сигналы между нейронами и регулировать настроение. Однако в последние годы ученые выяснили, что в мозге есть свои собственные иммунные клетки — микроглия. Микроглия не просто защищает мозг от инфекций, но и активно участвуют в его перестройке и поддержке и способна «чувствовать» серотонин благодаря наличию особых «антенн» — серотониновых рецепторов. 

Группа исследователей из Института Естественных наук БФУ им. И. Канта под руководством доцента-исследователя Оксаны Тучиной совместно с коллегами из Берлина и США решила выяснить, как именно микроглия реагирует на недостаток серотонина и как мозг адаптируется, чтобы избежать депрессивных состояний.

Оксана Тучина, доцент-исследователь БФУ:
Мы работали с уникальной линией генетически модифицированных крыс (Tph2−/−), у которых полностью отсутствовал серотонин в мозге из-за отключения гена триптофангидроксилазы-2. Это позволило изучить чистый компенсаторный ответ клеток на дефицит серотонина в мозге.

Ученые детально изучили гиппокамп животных — зону мозга, которая отвечает за память, эмоции и сильнее всего страдает при депрессии. Выяснилось, что при полном отсутствии серотонина клетки микроглии не погибают, а включают компенсаторный режим: они резко повышают уровень рецепторов 5-HT2b и фактора BDNF (главного белка, отвечающего за выживание и рост клеток мозга). Исследование доказало, что рецептор 5-HT2b и белок BDNF работают в связке: когда мозгу не хватает серотонина, микроглия параллельно усиливает обе эти системы, пытаясь защитить нервные клетки от разрушения.

Авторы исследования впервые детально описали, как меняется профиль серотониновых рецепторов на микроглие в зависимости от возраста и конкретного отдела мозга (гиппокамп и префронтальная кора). Оказалось, что одни рецепторы (5-HT1b и 5-HT5b) очевидно нужны только на ранних этапах развития мозга, а другие (5-HT2b и 5-HT5a) работают во взрослом мозге, помогая микроглие моделировать работу нейрональных сетей.

Оксана Тучина, доцент-исследователь БФУ:
Изучение адаптивных возможностей мозга и, в частности, молекулярных механизмов, посредством которых микроглия компенсирует дисбаланс нейротрансмиттеров, поможет в разработке антидепрессантов нового поколения. Такие лекарства будут воздействовать на новые молекулярные мишени — иммунную систему мозга, помогая ей самостоятельно справляться с последствиями хронического стресса и дефицита серотонина.

Теперь перед исследователями стоит задача изучить адаптивные ответы микроглиальных клеток в искусственной среде, для этого необходимо вырастить чистую культуру микроглии и исследовать:
1) как клетки реагируют на серотонин,
2) как это влияет на нейрональную пластичность на ультраструктурном уровне.

Исследование выполнено при финансовой поддержке программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».