В среду, 7 января, авторитетный научный журнал Nature опубликовал результаты новаторского исследования (DOI: 10.1038/s41586-025-09896-x), которое фундаментально меняет представление о механизмах возникновения боли. Группа ученых под руководством Ру-Жун Цзи (Ru-Rong Ji), директора Центра трансляционной медицины боли при Школе медицины Университета Дьюка, а также профессора анестезиологии и нейробиологии, обнаружила критически важный биологический процесс. Оказалось, что вспомогательные клетки, известные как сателлитные глиальные клетки, передают свои митохондрии нервным клеткам для поддержания необходимого уровня энергии.
В центре внимания исследования находился механизм взаимодействия между нейронами и глией. Ученые выяснили, что когда процесс передачи митохондрий нарушается, энергетические резервы нервов истощаются. Это приводит к тому, что обесточенные нервы начинают функционировать неправильно, генерируя импульсы «спонтанно» и без внешнего стимула. Такое патологическое состояние вызывает хроническую боль и со временем ведет к нейродегенерации — гибели нервных клеток. Исследование показало, что снабжение нервов свежими митохондриями, полученными от здоровой глии или путем прямой пересадки, способно остановить боль и предотвратить разрушение тканей.
Эксперименты проводились на клетках мышей, живых мышах, а также на образцах тканей человека. Особое внимание уделялось анатомии: сателлитные глиальные клетки физически оборачивают «корни» нервных клеток вблизи спинного мозга. Важность этого процесса особенно заметна на примере седалищного нерва, который является самым длинным пучком волокон в организме и достигает в длину чуть более 3 футов (1 метра). Для поддержания работоспособности такой массивной структуры требуется бесперебойное энергоснабжение по всей длине.
Для передачи митохондрий клетки используют первичный метод, называемый «туннельными нанотрубками». Клетки выстраивают крошечные, временные структуры, которые позволяют митохондриям скользить внутри, подобно шарикам в соломинке. Исследователи зафиксировали визуальные доказательства этого процесса, наблюдая отчетливые «выпуклости» в трубках, указывающие на момент транспортировки органелл. Ключевую роль в построении этих трубок и их вытягивании от глии играет белок MYO10. Помимо нанотрубок, существуют альтернативные методы передачи, включая крошечные пузырьки, выделяемые глией, и специальные каналы, формирующиеся между мембранами донорских и принимающих клеток.
Чтобы подтвердить свои гипотезы, ученые использовали флуоресцентные метки на митохондриях для отслеживания их перемещения из глиальных клеток в нервы. У здоровых мышей искусственное нарушение путей доставки вызывало повреждение нервов и повышенную болевую чувствительность. Более того, у мышей с повреждениями нервов, вызванными химиотерапией или диабетом, наблюдался именно нарушенный обмен митохондриями. Однако пересадка здоровых глиальных клеток поврежденным мышам успешно облегчала боль, обеспечивая нейроны новыми источниками энергии.
Важным открытием стал феномен «размерного предпочтения». Глиальные клетки демонстрируют избирательность, предпочитая передавать митохондрии нервным волокнам среднего и крупного размера. В результате мелкие волокна получают меньше митохондрий и оказываются наиболее уязвимыми. Это объясняет, почему именно мелкие волокна первыми страдают от повреждений при диабете и химиотерапии, вызывая специфические симптомы: онемение, болезненное покалывание и жжение в стопах и кистях рук.
Данная работа опровергает устаревшие научные убеждения о том, что клетки обязаны самостоятельно производить все свои митохондрии, а глия служит лишь «клеем» для структурной поддержки. Новое понимание гласит, что клетки, включая стволовые и иммунные, активно обмениваются митохондриями, а глия физически подключена к нейронным сетям и участвует в сложных процессах, таких как транспорт органелл и, возможно, механизмы памяти.
На основе полученных данных профессор Ру-Жун Цзи и его коллеги предлагают два перспективных направления для будущих методов лечения. Первое заключается в терапии, направленной на стимулирование сателлитных глиальных клеток к производству и передаче большего количества митохондрий (повышение активности глии). Второе направление — это прямая инъекция, при которой митохондрии извлекаются из выращенных в лаборатории клеток, очищаются и вводятся непосредственно в поврежденные нервы.
Изображение носит иллюстративный характер
В центре внимания исследования находился механизм взаимодействия между нейронами и глией. Ученые выяснили, что когда процесс передачи митохондрий нарушается, энергетические резервы нервов истощаются. Это приводит к тому, что обесточенные нервы начинают функционировать неправильно, генерируя импульсы «спонтанно» и без внешнего стимула. Такое патологическое состояние вызывает хроническую боль и со временем ведет к нейродегенерации — гибели нервных клеток. Исследование показало, что снабжение нервов свежими митохондриями, полученными от здоровой глии или путем прямой пересадки, способно остановить боль и предотвратить разрушение тканей.
Эксперименты проводились на клетках мышей, живых мышах, а также на образцах тканей человека. Особое внимание уделялось анатомии: сателлитные глиальные клетки физически оборачивают «корни» нервных клеток вблизи спинного мозга. Важность этого процесса особенно заметна на примере седалищного нерва, который является самым длинным пучком волокон в организме и достигает в длину чуть более 3 футов (1 метра). Для поддержания работоспособности такой массивной структуры требуется бесперебойное энергоснабжение по всей длине.
Для передачи митохондрий клетки используют первичный метод, называемый «туннельными нанотрубками». Клетки выстраивают крошечные, временные структуры, которые позволяют митохондриям скользить внутри, подобно шарикам в соломинке. Исследователи зафиксировали визуальные доказательства этого процесса, наблюдая отчетливые «выпуклости» в трубках, указывающие на момент транспортировки органелл. Ключевую роль в построении этих трубок и их вытягивании от глии играет белок MYO10. Помимо нанотрубок, существуют альтернативные методы передачи, включая крошечные пузырьки, выделяемые глией, и специальные каналы, формирующиеся между мембранами донорских и принимающих клеток.
Чтобы подтвердить свои гипотезы, ученые использовали флуоресцентные метки на митохондриях для отслеживания их перемещения из глиальных клеток в нервы. У здоровых мышей искусственное нарушение путей доставки вызывало повреждение нервов и повышенную болевую чувствительность. Более того, у мышей с повреждениями нервов, вызванными химиотерапией или диабетом, наблюдался именно нарушенный обмен митохондриями. Однако пересадка здоровых глиальных клеток поврежденным мышам успешно облегчала боль, обеспечивая нейроны новыми источниками энергии.
Важным открытием стал феномен «размерного предпочтения». Глиальные клетки демонстрируют избирательность, предпочитая передавать митохондрии нервным волокнам среднего и крупного размера. В результате мелкие волокна получают меньше митохондрий и оказываются наиболее уязвимыми. Это объясняет, почему именно мелкие волокна первыми страдают от повреждений при диабете и химиотерапии, вызывая специфические симптомы: онемение, болезненное покалывание и жжение в стопах и кистях рук.
Данная работа опровергает устаревшие научные убеждения о том, что клетки обязаны самостоятельно производить все свои митохондрии, а глия служит лишь «клеем» для структурной поддержки. Новое понимание гласит, что клетки, включая стволовые и иммунные, активно обмениваются митохондриями, а глия физически подключена к нейронным сетям и участвует в сложных процессах, таких как транспорт органелл и, возможно, механизмы памяти.
На основе полученных данных профессор Ру-Жун Цзи и его коллеги предлагают два перспективных направления для будущих методов лечения. Первое заключается в терапии, направленной на стимулирование сателлитных глиальных клеток к производству и передаче большего количества митохондрий (повышение активности глии). Второе направление — это прямая инъекция, при которой митохондрии извлекаются из выращенных в лаборатории клеток, очищаются и вводятся непосредственно в поврежденные нервы.
