Биологическими часами управляют не только нейроны

Вспомогательные клетки нервной системы влияют на скорость суточного ритма.

Все органы, все ткани и даже почти все клетки в нашем организме подчиняются суточным, или циркадным ритмам. И хотя у всех органов есть свои системы, поддерживающие суточный ритм, они в большей степени слушаются главных часов – так называемого супрахиазматического ядра, которое находится в мозге, в передней области гипоталамуса.

Супрахиазматическое ядро – главный генератор циркадных ритмов, синхронизирующий работу биологических часов во всем организме. К нему приходят специальные зрительные импульсы, которые несут информацию о времени суток, само же ядро управляет «часовым оркестром» с помощью целого набора специальных веществ и сигналов.

Супрахиазматическое ядро очень и очень невелико, у мышей оно состоит всего из 20 000 нейронов (которые еще нужно поделить на два, так как речь идет о парной структуре). Но кроме нейронов, в ядре, как и во всем мозге, есть вспомогательные клетки астроциты числом 6000. Про астроциты долгое время говорили, что они нужны только для ухода за нейронами, что это такие пассивные клетки-няньки, которые питают нейроны, обеспечивают им механическую поддержку и т. д. Однако со временем стало выясняться, что вспомогательные клетки на самом деле не такие уж пассивные, и что они иногда в прямом смысле указывают нейронам, что делать.

Выяснилось, что астроциты синтезируют нейромедиаторы – те самые вещества, без которых нейроны не могли бы передавать сигналы друг другу; что они усиливают межнейронные контакты; более того, оказалось, что астроциты способны поддерживают в мозге особые электрические волны, необходимые для высших когнитивных функций.

Так что нет ничего удивительного в том, что нейробиологам из Вашингтонского университета в Сент-Луисе пришло в голову проверить, не влияют ли астроциты на работу «часового» супрахиазматического ядра. То, что эти клетки сами по себе придерживаются суточного ритма, удалось выяснить довольно быстро. Но затем Эрику Херцогу (Erik D. Herzog) и его коллегам пришлось потратить довольно много времени и сил, чтобы научиться манипулировать астроцитами в мозге так, чтобы не затрагивать нейроны. В конце концов, удалось сделать так, чтобы в астроцитах супрахиазматического ядра в мозге мышей можно было по желанию экспериментатора выключать (точнее, полностью вырезать из ДНК) часовые гены, одновременно наблюдая за поведением животных.

Обычно в таких опытах смотрят в основном на привычку мышей бегать в беличьем колесе: склонность к таким упражнениям четко соответствует суточному ритму, и мыши направляются на тренажер в строго определенное время. Если гены суточных ритмов отключить у нейронов, то ритм жизни нарушится, и животные будут ходить «на пробежку» уже в случайное время. Но если у мышей отключали часовые гены в астроцитах, то их время начинало идти как бы медленнее – мыши подходили к колесу на час позже, чем обычно.

Дальнейшие эксперименты показали, что ритм супрахиазматического ядра во многом зависит именно от астроцитов: если в нейроны вводили мутацию, ускоряющую суточный ритм, то действие нейронной мутации можно было предотвратить с помощью мутации в астроцитах. Выходило, что нейроны ядра сами по себе задают слишком быстрый ритм, и чтобы его сбалансировать, привести в соответствие с реальностью, нужны астроциты. Результаты исследований опубликованы в Current Biology.

Правда, пока непонятно, как именно астроциты в данном случае общаются с нейронами и как они влияют на конечный результат, то есть на результирующий ритм. В дальнейшем, вероятно, также станет ясно, влияют ли астроциты «мозговых часов» только на то, что связано, так сказать, с физическими упражнениями, или же их активность сказывается и на поведении в целом, и не только на поведении, но и на физиологии.