ЗАЧЕМ ВЗРОСЛОМУ МОЗГУ НУЖНЫ НОВЫЕ НЕРВНЫЕ КЛЕТКИ?

DOI: https://doi.org/None

О.А. Гомазков, доктор биологических наук, профессор Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича, Российская Федерация, 119121, Москва, Погодинская, д. 10/8 E-mail: oleg-gomazkov@yandex.ru

Большой опыт исследования нейрогенеза взрослого мозга («adult neurogenesis») представил множество доказательств эндогенной трансформации нейральных стволовых клеток. Эти данные развенчали давнюю догму о неизменности нейронального пула постнатального мозга. Однако остается интригующим главный вопрос: зачем зрелому мозгу нужны новые нейроны? В данной статье изложены доводы, которые обосновывают новый взгляд на роль нейрогенеза. На основе анализа разнообразной информации сформулирована гипотеза об организующей миссии нейрогенеза, необходимого для жизнедеятельности мозга. Среди главных доводов – перечень физиологических процессов, связанных с формированием новых клеток, и его высокая регулируемость на всех этапах. Экспрессия нейрогенеза обусловлена потребностью в функциональной реорганизации звеньев нейрональной сети. В этом списке – организация памяти, социальное поведение, стресспротективные реакции, репродуктивная функция, изменения психических состояний, ишемические и нейродегенеративные заболевания, травмы мозга и др. Приведены данные, иллюстрирующие сигнальную регуляцию и нейротрофический контроль нейрогенеза; адаптивную реорганизацию гиппокампа; репрограммирование нейральных прогениторов; заместительную и секреторную роль нейронов и глиальных клеток. Формирование в результате регулируемого нейрогенеза таких структур открывает возможности для новых позиций в нейробиологии и новых терапевтических подходов.
Ключевые слова: 
взрослый нейрогенез, гиппокамп, зубчатая извилина, нейрорепарация, адаптивная функция

Список литературы: 
  1. Colucci-D’Amato L., Bonavita V., di Porzio U. The end of the central dogma of neurobiology: stem cells and neurogenesis in adult CNS. Neurol. Sci. 2006; 27: 266–70.
  2. Ярыгин К.Н., Ярыгин В.Н. Нейрогенез в центральной нервной системе и перспективы регенеративной неврологии. Журн. неврол. и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2012; 112 (1): 4–13. [Iarygin K.N., Iarygin V.N. Neurogenesis in the central nervous system and prospects of regenerative neurology. Z. Nevrol. i psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2012; 1: 4–13 (in Russian)]
  3. Гомазков О.А. Трансформация нейральных стволовых клеток и репаративные процессы в мозге. Журн. неврол. и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2014; 114 (8): 4–12. [Gomazkov O. A. Transformation of neural stem cells and reparative processes in the brain. Z. nevrol. i psikhiatrii imeni S.S. Korsakova 2014; 114 (8): 4–12 (in Russian)]
  4. Gould E. How widespread is adult neurogenesis in mammals? Nat. Rev. Neurosci. 2007; 8 (6): 481–8.
  5. Sanai N., Tramontin A.D., Quiñones–Hinojosa A., Barbaro N.M., Gupta N., Kunwar S., Lawton M.T., McDermott M.W., Parsa A.T., Manuel–Garcia Verdugo J., Berger M.S., Alvarez–Buylla A. Unique astrocyte ribbon in adult human brain contains neural stem cells but lacks chain migration. Nature. 2004; 427 (6976): 740–4.
  6. Wang C., Liu F., Liu Y.Y., Zhao C.H., You Y., Wang L., Zhang J., Wei B., Ma T., Zhang Q., Zhang Y., Chen R., Song H., Yang Z. Identification and characterization of neuroblasts in the subventricular zone and rostral migratory stream of the adult human brain. Cell. Res. 2011; 21 (11): 1534–50.
  7. Spalding K.L., Bergmann O., Alkass K., Bernard S., Salehpour M., Huttner H.B., Boström E., Westerlund I., Vial C., Buchholz B.A., Possnert G., Mash D.C., Druid H., Frisén J. Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell. 2013; 153 (6): 1219–27.
  8. Gage F.H., Temple S. Neural stem cells: generating and regenerating the brain. Neuron. 2013; 80 (3): 588–601.
  9. Deshpande A., Bergami M., Ghanem A., Conzelmann K.K., Lepier A., Götz M., Berninger B. Retrograde monosynaptic tracing reveals the temporal evolution of inputs onto new neurons in the adult dentate gyrus and olfactory bulb. PNAS USA. 2013; 110: 1152–61.
  10. Yamaguchi M., Mori K. Critical periods in adult neurogenesis and possible clinical utilization of new neurons. Front. Neurosci. 2014; 8: 177–83.
  11. Karow M., Sánchez R., Schichor C., Masserdotti G., Ortega F., Heinrich C., Gascón S., Khan M.A., Lie D.C., Dellavalle A., Cossu G., Goldbrunner R., Götz M., Berninger B. .Reprogramming of pericyte-derived cells of the adult human brain into induced neuronal cells. Cell. Stem. Cell. 2012; 11: 471–6.
  12. Deng W., Aimone J.B., Gage F.H. New neurons and new memories: how does adult hippocampal neurogenesis affect learning and memory? Nat. Rev. Neurosci. 2010; 11 (5): 339–50.
  13. Liu A., Jain N., Vyas A., Lim L.W. Ventromedial prefrontal cortex stimulation enhances memory and hippocampal neurogenesis in the middle-aged rats. Elife. 2015;4. doi: 10.7554/eLife.04803.
  14. Соловьева О.А., Прошин А.Т., Сторожева З.И., Шерстнев В.В. Стимулятор нейрогенеза Ro 25-6981 облегчает повторное обучение пространственному навыку у взрослых крыс. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012; 153 (5): 727–31. [Solovyeva O.A., Proshin A.T., Storozheva Z.I., Sherstnev V.V. Neurogenesis stimulator Ro 25-6981 facilated formation of spatial skill in adult rats. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2012; 153 (5): 727–31 (in Russian)]
  15. Kitamura T., Inokuchi K. Role of adult neurogenesis in hippocampal-cortical memory consolidation. Mol. Brain. 2014; 7: 13. doi: 10.1186/1756-6606-7-13.
  16. Wu M.V., Sahay A., Duman RS., Hen R. Functional Differentiation of Adult-Born Neurons along the Septotemporal Axis of the Dentate Gyrus. Cold. Spring. Harb. Perspect. Biol. 2015; 7: a018978. doi: 10.1101/cshperspect.a018978.
  17. Pan Y.W., Storm D.R., Xia Z. Role of adult neurogenesis in hippocampus-dependent memory, contextual fear extinction and remote contextual memory: new insights from ERK5 MAP kinase. Neurobiol. Learn. Mem. 2013; 105: 81–92.
  18. Wang W., Lu S., Li T., Pan Y.W., Zou J., Abel G.M., Xu L., Storm D.R., Xia Z. Inducible activation of ERK5 MAP kinase enhances adult neurogenesis in the olfactory bulb and improves olfactory function. J. Neurosci. 2015; 35: 7833–49.
  19. Snyder J.S., Cameron H.A. Could adult hippocampal neurogenesis be relevant for human behavior? Behav. Brain. Res. 2012; 227: 384–90.
  20. Lieberwirth C., Liu Y., Jia X., Wang Z. Social isolation impairs adult neurogenesis in the limbic system and alters behaviors in female prairie voles. Horm. Behav. 2012; 62 (4): 357–66.
  21. Wu M.V., Hen R. Functional dissociation of adult-born neurons along the dorsoventral axis of the dentate gyrus. Hippocampus. 2014; 24: 751–61.
  22. Hsiao Y.H., Hung H.C., Chen S.H., Gean P.W. Social interaction rescues memory deficit in an animal model of Alzheimer’s disease by increasing BDNF-dependent hippocampal neurogenesis. J. Neurosci. 2014; 34 (49): 16207–19.
  23. Smagin D.A., Park J.H., Michurina T.V., Peunova N., Glass Z., Sayed K., Bondar N.P., Kovalenko I.N., Kudryavtseva N.N., Enikolopov G. Altered Hippocampal Neurogenesis and Amygdalar Neuronal Activity in Adult Mice with Repeated Experience of Aggression. Front. Neurosci. 2015; 9: 443. doi: 10.3389/fnins.2015.00443. eCollection 2015.
  24. Peretto P., Schellino R., De Marchis S., Fasolo A. The interplay between reproductive social stimuli and adult olfactory bulb neurogenesis. Neural Plast. 2014; 2014: 497657. doi: 10.1155/2014/497657.
  25. Shingo T., Gregg C., Enwere E., Fujikawa H., Hassam R., Geary C., Cross J.C., Weiss S. Pregnancy stimulated neurogenesis in the adult female forebrain mediated by prolactin. Science. 2003; 299: 117–20.
  26. Lieberwirth C., Wang Z. The social environment and neurogenesis in the adult Mammalian brain. Front Hum Neurosci. 2012; 6: 118. doi: 10.3389/fnhum.2012.00118.
  27. Wu M.V., Shamy J.L., Bedi G., Choi C.W., Wall M.M., Arango V., Boldrini M., Foltin R.W., Hen R. Impact of social status and antidepressant treatment on neurogenesis in the baboon hippocampus. Neuropsychopharmacology. 2014; 39 (8): 1861–71. doi: 10.1038/npp. 2014.33.
  28. Snyder J.S., Soumier A., Brewer M., Pickel J., Cameron H.A. Adult hippocampal neurogenesis buffers stress responses and depressive behaviour. Nature. 2011; 476 (7361): 458–61. doi: 10.1038/nature10287.
  29. Sun X., Zhang Q.W., Xu M., Guo J.J., Shen S.W., Wang Y.Q., Sun F.Y. New striatal neurons form projections to substantia nigra in adult rat brain after stroke. Neurobiol. Dis. 2012; 45 (1): 601–9. doi: 10.1016/j.nbd.2011.09.018
  30. Wang X., Mao X., Xie L., Sun F., Greenberg D.A., Jin K. Conditional depletion of neurogenesis inhibits long-term recovery after experimental stroke in mice. PLoS. One. 2012; 7 (6): e38932. doi: 10.1371/journal.pone.0038932.
  31. Marti-Fàbregas J., Romaguera-Ros M., Gómez-Pinedo U., Martinez-Ramirez S., Jiménez-Xarrié R Marin E, J-L Marti-Vilalta R., Garcia-Verdugo J.M. Proliferation in the human ipsilateral subventricular zone after ischemic stroke. Neurology. 2010; 74: 357–765.
  32. Bennett L., Yang M., Enikolopov G., Iacovitti L. Circumventricular organs: a novel site of neural stem cells in the adult brain. Mol. Cell. Neurosci. 2009; 41 (3): 337–47.
  33. Sanin V, Heeß C, Kretzschmar H, Schüller U. Recruitment of neural precursor cells from circumventricular organs of patients with cerebral ischaemia. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2013; 39 (5): 510–8.
  34. Yu Y., He J., Zhang Y. Increased hippocampal neurogenesis in the progressive stage of Alzheimer’s disease phenotype in an APP/PS1 double transgenic mouse model. Hippocampus. 2009; 19 (12): 1247–53.
  35. Jin K., Peel A.L., Mao X.O., Xie L., Cottrell B.A., Henshall D.C., Greenberg D.A. Increased hippocampal neurogenesis in Alzheimer’s disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004; 101 (1): 343–7.
  36. Mu Y., Gage F.H. Adult hippocampal neurogenesis and its role in Alzheimer’s disease. Mol. Neurodegener. 2011; 6: 85. doi: 10.1186/1750-1326-6-85.
  37. Cheyne J.E., Grant L., Butler-Munro C., Foote J.W., Connor B., Montgomery J.M. Synaptic integration of newly generated neurons in rat dissociated hippocampal cultures. Mol. Cell. Neurosci. 2011; 47 (3): 203–14.
  38. Ge S., Yang C.H., Hsu K.S., Ming G.L., Song H. A critical period for enhanced synaptic plasticity in newly generated neurons of the adult brain. Neuron. 2007; 54 (4): 559–66.
  39. Гомазков О.А. Нейрогенез как адаптивная функция мозга. М.: ИКАР, 2013; 135. [Gomazkov O.A. Neurogenesis as adaptive function of the brain. M.: IKAR, 2013; 135 (in Russian)]
  40. Peretto P., Bonfanti L. Adult neurogenesis 20 years later: physiological function vs. brain repair. Front. Neurosci. 2015; 9: 71. doi: 10.3389/fnins.2015.00071. eCollection 2015.
  41. Lazic S.E., Fuss J., Gass P. Quantifying the behavioural relevance of hippocampal neurogenesis. PLoS. One. 2014; 9 (11): e113855. doi:10.1371/journal. pone.0113855.
  42. Turnley A.M., Basrai H.S., Christie K.J. Is integration and survival of newborn neurons the bottleneck for effective neural repair by endogenous neural precursor cells? Front. Neurosci. 2014; 8: 29. doi: 10.3389/fnins.2014.00029.
  43. Enikolopov G., Overstreet-Wadiche L., Ge S. Viral and Transgenic Reporters and Genetic Analysis of Adult Neurogenesis. Cold. Spring. Harb. Perspect. Biol. 2015; 7 (8): a018804. doi: 10.1101/cshperspect.a018804).
  44. Couillard-Despres S., Aigner L. In vivo imaging of adult neurogenesis. Eur. J. Neurosci. 2011; 33: 1037–44.
  45. Ho N.F., Hooker J.M., Sahay A., Holt D.J., Roffman J.L. In vivo imaging of adult human hippocampal neurogenesis: progress, pitfalls and promise. Mol. Psychiatry. 2013; 18 (4): 404–16.
  46. Osman A.M., Porritt M.J., Nilsson M., Kuhn H.G. Long-term stimulation of neural progenitor cell migration after cortical ischemia in mice. Stroke. 2011; 42: 3559–65.
  47. Kokoeva M.V., Yin H., Flier J.S. Neurogenesis in the hypothalamus of adult mice: potential role in energy balance. Science. 2005; 310 (5748): 679–83.
  48. Rojczyk–Gołębiewska E., Pałasz A., Wiaderkiewicz R. Hypothalamic subependymal niche: a novel site of the adult neurogenesis. Cell. Mol. Neurobiol. 2014; 34: 631–42.
  49. Giachino C., Taylor V. Notching up neural stem cell homogeneity in homeostasis and disease. Front Neurosci. 2014; 8: 32. doi:10.3389/fnins.2014.00032.
  50. Hsieh J. Orchestrating transcriptional control of adult neurogenesis. Genes Dev. 2012; 26 (10): 1010–21.
  51. Obernier K., Tong C.K., Alvarez-Buylla A. Restricted nature of adult neural stem cells: re-evaluation of their potential for brain repair. Front Neurosci. 2014; 8: 162. doi: 10.3389/fnins. 2014. 00162.
  52. Крик Ф. Мысли о мозге. «Мозг». Ред. П.В. Симонов. М.: Мир, 1984; 257. [Crick F. Ideas about brain; Brain. Edit. P.V. Simonov M.: Mir, 1984; 257 (in Russian)]
  53. Aimone J.B., Wiles J., Gage F.H. Computational influence of adult neurogenesis on memory encoding. Neuron. 2009; 61 (2): 187–202.
  54. Wabik A., Jones P.H. Switching roles: the functional plasticity of adult tissue stem cells. EMBO. J. 2015; 34 (9): 1164–79.
  55. Kokaia Z., Martino G., Schwartz M., Lindvall O. Cross-talk between neural stem cells and immune cells: the key to better brain repair? Nat. Neurosci. 2012; 15: 1078–87.
  56. Benner E.J., Luciano D., Jo R., Abdi K., Paez-Gonzalez P., Sheng H., Warner D.S., Liu C., Eroglu C., Kuo C.T. Protective astrogenesis from the SVZ niche after injury is controlled by Notch modulator Thbs4. Nature. 2013; 497: 369–73.
  57. Butti E., Bacigaluppi M., Rossi S., Cambiaghi M., Bari M., Cebrian Silla A., Brambilla E., Musella A., De Ceglia R.,Teneud L., De Chiara V., D’Adamo P., Garcia-Verdugo J.M., Comi G., Muzio L., Quattrini A., Leocani L., Maccarrone M., Centonze D., Martino G. Subventricular zone neural progenitors protect striatal neurons from glutamatergic excitotoxicity. Brain. 2012; 135 (11): 3320–35.