Критические периоды нейронов – это ограниченные фазы жизни, в течение которых пластичность нейронных связей максимальна, а развитие мозга адаптируется к окружающей среде. Исследователи из Scuola Normale Superiore в Пизе и Института старения им. Лейбница (FLI) в Йене обнаружили роль малой микроРНК (miR-29) в этих зависимых от обучения фазах пластичности. Преждевременное увеличение концентрации miR-29 у молодых мышей блокирует кортикальную пластичность, тогда как блокирование miR-29 у взрослых животных вызывает пластичность, типичную для более молодых чувствительных фаз; указание на то, что miR-29 является возрастным регулятором пластичности развития.
Постнатальное развитие мозга после рождения характеризуется временными, функционально-специфическими окнами высокой пластичности (критические или чувствительные периоды). Во время этих фаз определенные области мозга далее развиваются посредством нескольких процессов созревания и дифференциации, когда нейронные связи быстро создают и увеличивают пластичность мозга. Приобретение естественного языка у младенцев – самый известный пример такой чувствительной фазы.
Пластичность нейронов дает нашему мозгу способность адаптироваться к новым требованиям на протяжении всей нашей жизни. Однако в мозгу взрослого человека это часто ограничено, поэтому процессы обучения становятся более трудоемкими. Чтобы определить клеточные и молекулярные механизмы, которые открывают и закрывают эти чувствительные фазы по отношению к старению, исследователи Scuola Normale Superiore (SNS) в Пизе, Италия, в сотрудничестве с Институтом старения имени Лейбница – Институтом Фрица Липмана (FLI) в Йене, Германия и другие партнеры изучали пластичность зрительной коры у мышей.
Пластичность зрительной коры
"Нейронные сети в зрительной коре головного мозга максимально адаптируются к зрительным стимулам на чувствительных этапах развития. Это позволяет выявить важные регуляторы пластичности мозга," говорят старшие авторы исследования, опубликованного в EMBO Reports, проф. Алессандро Челлерино, руководитель соц.сетей и ассоциированной группы в FLI в Йене и проф. Томмазо Пиццоруссо, Университет Флоренции и Институт нейробиологии, NRC, Пиза. Одна парадигма утверждает, что пластичность глазного доминирования пассивно снижается с возрастом; однако становится все более очевидным, что уровни пластичности устанавливаются скоординированным действием молекулярных процессов, зависящих от возраста и опыта, которые либо активно способствуют, либо подавляют пластичность контуров.
"Зрительные корковые цепи, которые являются частью зрительной системы и обеспечивают зрение, демонстрируют сильную пластичность в раннем возрасте и позже стабилизируются молекулярными тормозами, которые ограничивают чрезмерную адаптацию связей после критического периода," объясняет проф. Cellerino. Однако основные механизмы, которые координируют проявление этих факторов во время перехода от развития к взрослой жизни, остаются неизвестными.
МиР-29 – возрастной контроль пластичности зрительной коры
Чтобы определить факторы, которые регулируют постнатальное развитие зрительной коры, исследовательская группа проанализировала наборы данных miRNA / RNA из развивающейся зрительной коры головного мозга мышей. Они сравнили их в разные моменты времени: P10, 10-й день после рождения и непосредственно перед открытием глаз и началом чувствительной фазы, и P28, когда кора головного мозга мыши достигла функциональной зрелости.
Их результаты показали, что семейство микроРНК miR-29 является возрастным регулятором пластичности развития зрительной коры. "При 30-кратном увеличении miR-29a была наиболее высоко регулируемой miRNA во время чувствительной фазы," объяснил проф. Cellerino от FLI / SNS. Регуляция семейства miR-29 поразительно консервативна у рыб, мышей и людей. Кроме того, более половины мишеней, регулируемых miR-29, подавляются с возрастом, включая ключевые регуляторы пластичности мозга. Это указывает на то, что miR-29a является важным регулятором последующих процессов развития.
Ремоделирование пластичности
Дальнейший анализ показал, что преждевременное увеличение концентраций miR-29a у молодых мышей блокирует пластичность доминирования глаз у молодых людей и вызывает раннее появление периневральных сетей (PPN). PPN – это специализированные структуры в центральной нервной системе, которые отвечают за синаптическую стабилизацию в мозге взрослого человека. Как в развивающемся, так и во взрослом мозге они играют решающую роль в нарушении пластичности и поддержании существующих связей между нервными клетками.
Кроме того, исследователи смогли показать, что блокирование miR-29a у взрослых животных обращает вспять подавление развития мишеней miR-29a и индуцирует форму пластичности глаза с типичной физиологической и молекулярной характеристикой пластичности в чувствительных фазах.
Таким образом, данные, опубликованные в журнале EMBO Reports, указывают на то, что miR-29a является важным регулятором нарушений пластичности, который способствует возрастной стабилизации зрительных корковых связей. Наблюдение за тем, что miR29a является ремоделером зрелых нейронных сетей, открывает новые и многообещающие терапевтические перспективы для miR-29a и других членов семейства miR-29 для повышения пластичности мозга во время старения и регенерации повреждений мозга.