Kto dyryguje orkiestrą mózgu?

Nie chodzi tu oczywiście o sytuację, gdy nie możemy pozbyć się z głowy usłyszanej rano, natrętnej melodii. To nasze neurony - zmieniające swą aktywność, produkujące neuroprzekaźniki, czy wreszcie podrygujące wesoło w rytm zmieniającego się potencjału czynnościowego - tworzą orkiestrę, od której zgrania naprawdę wiele zależy. A kto lub co tym wszystkim dyryguje?

Mózg to skomplikowana sieć neuronów oscylujących na różnych częstotliwościach. Aktywność pojedynczego neuronu jest zależna od sygnałów napływających z synaps – połączeń między komórkami mózgu. Istnieją dwa ich rodzaje: hamujące i pobudzające. Od ich optymalnej pracy zależy efektywność funkcjonowania mózgu, a co za tym idzie – także zdrowie psychiczne. Zakłócenie równowagi pomiędzy aktywnością synaps hamujących i pobudzających może prowadzić do zaburzeń takich jak depresja, schizofrenia czy autyzm. Naukowcy najczęściej szukają przyczyny zakłócenia pracy synaps w ich strukturze lub biochemii. Jednak zespół badaczy z Uniwersytetu Duke postanowił sprawdzić rolę astrocytów w regulacji przesyłania informacji między neuronami. Wyniki tego eksperymentu zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie “Nature”.

Gwiazdy orkiestry

Astrocyty swoim kształtem przypominają gwiazdy. Wraz z pozostałymi typami komórek glejowych (z greckiego glia, oznaczającego „klej”) tworzą „szkielet” mózgu: utrzymują neurony we właściwym miejscu, oddzielają je od siebie, chronią przed patogenami i dostarczają im tlen oraz substancje odżywcze. Astrocyty są także zaangażowane w kontrolę synaps pobudzających. Naukowcy z Duke podjęli próbę ustalenia roli astrocytów w regulacji działania synaps hamujących. W tym celu postanowili wykorzystać metodę proteomiczną, czyli pomiar i identyfikację wszystkich białek obecnych w próbce tkanki. Poprzednie badania tego samego zespołu wykazały, że astrocyty wiążą się z synapsami za pośrednictwem molekuły adhezyjnej zwanej NrCAM. Zatem śledząc obecność NrCAM w synapsach hamujących, naukowcy mogli ustalić wpływ astrocytów na ich działanie.

Batuta dyrygenta

Główny autor badania i adiunkt Uniwersytetu Duke, Tetsuya Takano, opracował metodę umożliwiającą wgląd w pracę astrocytów in vivo. Mianowicie za pomocą wirusa wprowadził on do mózgów myszy enzym, który znakował wszystkie białka łączące astrocyty z neuronami. Dzięki temu naukowcy mogli pobrać oznakowaną tkankę od żywego zwierzęcia, a następnie wykorzystać narzędzia spektrometryczne do identyfikacji molekuły NrCAM. W kolejnym etapie badań próbki przejęła współpracująca z Takano Katie Baldwin, która przeprowadziła analizę roli, jaką odgrywa NrCAM w modulacji aktywności synaps hamujących. Wspólnymi siłami badaczom udało się wykazać, że astrocyty regulują aktywność tych synaps właśnie za pośrednictwem molekuły NrCAM.

„Odkryliśmy, że tak naprawdę to astrocyty dyrygują orkierstrą mózgu” – powiedział dr Scott Scordeling, dziekan Wydziału Biologii Molekularnej na Uniwersytecie Duke i współautor badania.

„Niejednokrotnie badania, które mają na celu poznanie molekularnych aspektów rozwoju i chorób ośrodkowego układu nerwowego, koncentrują się jedynie na komórkach nerwowych. Za pomocą naszego eksperymentu udowodniliśmy, że można znacznie wpłynąć na funkcjonowanie neuronów poprzez manipulowanie działaniem astrocytów” – podsumowuje prof. Cagla Eroglu, światowy ekspert w dziedzinie badań nad astrocytami.

Tożsamość dyrygenta ujawniona

Do tej pory uważano, że to synapsy sterują funkcjonowaniem mózgu. Synapsy pobudzające zwiększają częstotliwość pracy neuronów, a hamujące – zmniejszają. Zbyt wysokie pobudzenie może prowadzić do epilepsji, a zbyt niskie – do schizofrenii. Natomiast zaburzenie równowagi pomiędzy aktywnością tych typów synaps koreluje z występowaniem autyzmu. Dotychczas leczenie tych przypadłości było nakierowane na regulację pracy synaps. Jednakże wyniki tego badania wskazują, że to astrocyty mają szczególnie duże znaczenie w sterowaniu „orkiestrą” mózgu. Zatem terapie chorób psychicznych nastawione na optymalizację pracy komórek glejowych mogą okazać się przełomowe.