Клетки микроглии, защищающие мозг от инфекций, заодно помогают ему прокладывать новые межнейронные соединения и следят за электроизоляцией вокруг нервных клеток.

Живые ткани состоят из клеток, но клетки эти далеко не всегда стоят вплотную друг к другу. Часто между ними есть свободное внеклеточное пространство, заполненное внеклеточным матриксом – водянистой субстанцией сложного состава, в которой есть и белки, и углеводы, и липиды, и другие вещества, которые служат клеткам опорой, помогают питаться, передают сигналы от одной клетке к другой, и выполняют ещё разные другие функции.

Клетки микроглии (красным) в мышином мозге. (Фото: ZEISS Microscopy / Flickr.com) 

Внеклеточный матрикс есть и в мозге, где его довольно много – около 20% объема мозга. До поры до времени нейробиологи особо не обращали на него внимания, пока не стали появляться данные, что матрикс может влиять на память и обучение.

Работа мозга зависит от перестройки нейронных сетей, то есть – от динамики межнейронных соединений-синапсов. Они то появляются, то исчезают, соответственно, меняются маршруты нервных импульсов и меняется обработка информации. Чтобы между нейронами появился синапс, у них, во-первых, должны сблизиться отростки (нервные клетки, как известно, собирают и передают импульсы по своим длинным и часто очень разветвлённым отросткам, аксонам и дендритам), а во-вторых, на отростках должны появиться особые структуры, мембранные выпячивания с особым молекулярным аппаратом, которые и сформируют соединение.

Умение мозга перестраивать синапсы называют синаптической пластичностью, и именно от неё во многом зависит когнитивная пластичность. Но нейроны погружены во внеклеточный матрикс – то есть отростки и выпячивания должны как-то пробраться сквозь матрикс друг к другу.

Сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Франциско пишут в Cell, что в этом нейронам помогает микроглия. Так называют вспомогательные клетки нервной системы, выполняющие иммунную функцию. Раньше считалось, что только иммунной функцией их деятельность и ограничивается, что клетки микроглии блуждают по мозгу, поедая потенциальную инфекцию и разный клеточно-молекулярный мусор. Но потом оказалось, что микроглия влияет на архитектуру нейронных сетей, обкусывая синапсы и выпячивания на нейронных мембранах, где эти синапсы могли бы образоваться.

Теперь выяснилось, что микроглия поедает не только синапсы, но ещё и межклеточный матрикс, причём поедает она его там, где нейрон собирается сформировать синапс. Нейрон сначала посылает клеткам микроглии сигнал – иммунный белок интерлейкин-33 (IL-33), и микроглия начинает рыть тоннель, то есть в прямом смысле проедает путь для прокладки синапса.

Эксперименты ставили на мышах, у которых то повышали уровень интерлейкина-33 в гиппокампе (одном из основных центров памяти мозга), то подавляли способность микроглии чувствовать интерлейкиновый сигнал – соответственно, синапсов появлялось то больше, то меньше. У старых мышей, у которых синапсов в принципе появляется меньше, чем у молодых, мозг удалось даже несколько омолодить, простимулировав микроглию с помощью IL-33 – число межнейронных соединений в мозге старых животных увеличилось.

Соответственно, это сказывалось на когнитивных способностях. Мышей сажали в две разные коробки, одна из которых была вполне безобидна, а во второй они получали лёгкий удар током. Спустя какое-то время животные уже быстро узнавали, в какую коробку их посадили, и в «электрокоробке» они заметно тревожились. Но если у них нарушали интерлейкиновый сигнал от нейронов к микроглии в центре памяти, то такие мыши никак не могли усвоить разницу между опасной коробкой и безопасной.

Внеклеточный матрикс меняет свойства со временем, в какой-то момент жизни становясь довольно вязким – что, очевидно, сказывается на способности нейронов налаживать контакты друг с другом. Возможно, если уметь целенаправленно стимулировать микроглию на поедание межклеточного матрикса, это помогало бы мозгу лучше работать – не только в смысле запоминания и обучения, но и других высших когнитивных функций.

Про ещё одну важную роль клеток микроглии в обслуживании «электросетей» мозга пишут в Nature Neuroscience исследователи из Университета Колорадо. Как, возможно, многие помнят ещё со школы, на отростках нейронов есть миелиновая электроизолирующая обмотка, состоящая из липидов. Благодаря миелиновому чехлу, нейронный отросток изолирован от других (то есть можно не бояться неправильного «электрического замыкания») и импульс по нему распространяется намного быстрее, чем без миелина.

Миелиновую обмотка – это мембраны ещё одних вспомогательных клеток мозга, олигодендроцитов (которые относятся к макроглие). Оказалось, что микроглия инспектирует нейроны вдоль «линии передачи», то есть вдоль длинных отростков, закутанных в миелин, и проверяет, в каком состоянии находится миелиновая оболочка.

Какие-то фрагменты миелина клетки микроглии откусывают – как видим, их иммунная способность активно поедать разные субстанции пригодилась ещё и тут. Причём эти иммунные клетки и по совместительству клетки-электрики едят миелин в зависимости от того, насколько нейрон активен, то есть они меняют миелинизацию нейрона под его нужды.

Известно, что при рассеянном склерозе иммунитет начинают полностью истреблять миелиновую оболочку, так что функции нервной системы чрезвычайно сильно нарушаются – нервные импульсы просто не могут прийти туда, куда нужно. Но, очевидно, и в нормальном состоянии иммунные клетки тоже подъедают миелин, поскольку это нужно как раз для нормальной работы нервных клеток; главное только, чтобы иммунные клетки не начали тут слишком усердствовать.