Magyar idegkutatók
a világon elsőként tudták
egyetlen szinapszis működését vizsgálni
A Kísérleti
Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) agykutatói egy korábbi Lendület-pályázat révén
beszerzett szuperrezolúciós (rendkívül nagy felbontású) mikroszkóp segítségével
feltárták, hogy az idegsejtek végződésein lévő kannabinoidreceptorok hogyan
szabályozzák a szinapszis erősségét. A felfedezés jelentőségét jól mutatja,
hogy a világ egyik legfontosabb tudományos szaklapja, a Science Advances a
címlapján hozta a tanulmányt.
Az
idegrendszerünkben körülbelül 86 milliárd idegsejt található, és ezek az
idegsejtek száztrillió kapcsolódási ponton (szinapszison) keresztül
kommunikálnak egymással. A szinapszisok erőssége és ezzel az információátadás
hatékonysága folyamatosan, ezredmásodperces időbeli és nanométeres térbeli
pontossággal változik. E változás az alapja az agy dinamikus működésének, ami
nélkül nem létezne tanulás, memória és szinte semmilyen felsőbbrendű
agyfunkció.
„A szinapszisok
erősségét úgy képzelhetjük el, mintha egy hangszóró hangerejét állítanánk: a
szinapszis ingerületátadása teljesen meg is szűnhet, majd fokozatosan a
legmagasabb szintig emelkedhet. Mintha szépen lassan a maximálisra tekernénk
fel a hangerőt – magyarázza Katona István, a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi
Kutatóintézet (KOKI) Molekuláris Neurobiológia Kutatócsoportjának vezetője. – A
szinapszisok erőssége messzemenően meghatározza az agyműködést, ezért mind a
száztrillió idegkapcsolatunk erőssége precízen szabályozva van.
Nagy kérdés
azonban, hogy mi szabályozza a szinapszis »hangerejét«. A legújabb
felfedezésünk e szabályozásról nyújt új ismereteket.”
Katona István és
kutatócsoportja már évtizedek óta kutatja az agy idegsejtjein található
kannabinoidreceptorokat, illetve az általuk közvetített jelátviteli
mechanizmusokat. A kannabinoid-receptorfehérjék a kannabisz aktív hatóanyagának
receptorai. Persze nem a marihuána vegyületeinek fogadása érdekében alakultak
ki az evolúció során, hanem az agy által termelt, rendkívül fontos szabályozó
funkciót betöltő endokannabinoidok kapcsolódtak eredetileg e receptorokhoz. A
vadkender egyik hatóanyaga, a tetrahidro-kannabinol (THC) éppen azért tud
pszichoaktív hatást kifejteni, mert utánozza az endokannabinoidok funkcióját.
A kannabinoidok
egyik legfontosabb feladata az agyban éppen a szinapszisokon keresztül történő
ingerületátadás erősségének szabályozása. „A kannabinoidreceptorok
kulcsfontosságú szabályozó funkciójára utal, hogy az őket alkotó
receptorfehérje a hetedik legnagyobb mennyiségben jelen lévő membránfehérje az
idegrendszerben – folytatja Katona István. – Pedig egyetlen idegsejt is több
ezer különböző fehérjét termel. A kannabinoidreceptorok az idegvégződések nagy
részében megtalálhatók, és azt szabályozzák, hogy milyen hatékonysággal tudnak
az ingerületátvivő anyagok felszabadulni a szinaptikus résbe. Ezek a
neurotranszmitternek nevezett molekulák közvetítik az ingerületet az egyik
idegsejttől a következő felé.”
A
kannabinoidreceptorok szinapszisszabályozó funkciója eddig is ismert volt,
azonban nyitott kérdés maradt, hogy az idegvégződések felületén található
rengeteg kannabinoidreceptor milyen molekuláris szerveződési alapelvek szerint
befolyásolja a szinapszisok hatékonyságát.
A KOKI kutatóinak
azonban sikerült e kérdést a világon először megválaszolniuk, az eredményt
pedig a Science kiadói csoporthoz tartozó Science Advances folyóiratban
közölték. Sőt, a szerkesztők még a címlapra is ezt a cikket választották Barti
Benjámin doktorandusz, a tanulmány első szerzője grafikájának felhasználásával.
***
Barti Benjámin
„A szinapszisok
kutatásának egyik legkomolyabb gátja korábban a rendkívül apró méretük volt. A
szinapszisok a nanométeres mérettartományba tartoznak, így a vizsgálatukhoz
különleges mikroszkópiára van szükség – mondta az agykutató. – E lehetőség
2013-ban adatott meg számunkra, amikor az MTA Lendület Programja segítségével
új mikroszkópos fejlesztésbe kezdhettünk.”
Az új, szuperrezolúciós mikroszkóp segítségével már nanométeres pontossággal
tudták vizsgálni a szinapszisokat.
Így a kutatók meg
tudták mérni, hogy egy fehérjéből hány példány van a szinapszisban, sőt, hogy
hol találhatók a szinapszison belül. Az akkor beállított szuperrezolúciós
mikroszkóp több mint tíz éve segíti a kiemelkedő tudományos felfedezéseket.
***
A most megjelent
tanulmányhoz vezető kutatássorozat fő motivációja az volt, hogy az agykutatók
meg akarták fejteni, milyen mennyiségi-molekuláris szerveződési alapelv rejlik
a kannabinoidreceptorok szinapsziserősség-szabályozása mögött.
Ehhez tovább
kellett fejleszteniük a kutatási módszertant: legfőképpen ki kellett dolgozniuk
egy munkafolyamatot, amelynek során két idegsejtből egyszerre mérhettek
elektromos jeleket, hogy a sejteket összekapcsoló szinapszisok működésének
erősségét és a szinapszisokban található fehérjék mennyiségét meg tudják
vizsgálni.
Kísérleteikben
arra voltak kíváncsiak, hogy amikor az egyik idegsejtet stimulálják, hogyan
változnak az elektromos jelek a második idegsejtben, ha ezek a neuronok
egyetlen szinapszissal vannak összekötve. Ezután azt az egyetlen szinapszist
megkeresték a szuperrezolúciós mikroszkóp segítségével, és megszámolták, hány
kannabinoidreceptor található benne, illetve hogy azok nanométeres pontossággal
hol találhatóak az ingerületátvivő anyagok felszabadulási helyéhez képest.
***
„E tanulmány
legalább két szempontból számít izgalmas előrelépésnek a kannabinoidreceptorok
kutatásában – mondta a kutatócsoport-vezető. – Az első, hogy tudomásom szerint
ez az első olyan vizsgálat, amelyben egy ideghálózat egyetlen szinapszisából
sikerült megmérni az élettani jeleket, és meg tudtuk mutatni, hogy ezen
élettani jelek mögött pontosan milyen, nanométeres skálán érvényesülő
molekuláris törvényszerűségek állnak. Ez egy módszertani eredmény. A második
jelentőség pedig az a biológiai mechanizmus, amit az új módszer segítségével
felfedeztünk.”
Ez a biológiai
jelenség pedig a kannabinoidreceptor szinapszis-szabályozásának mechanizmusa.
Bár az idegvégződések egésze is eszméletlenül parányi, kiderült, hogy még ezen
az egy mikrométeres idegvégződésen belül is találhatók olyan pár száz
nanométeres régiók, amelyeknek különleges feladatuk van. A szinapszis központi
részén lévő területek tartalmazzák a legtöbb kannabinoidreceptort, így itt
történik az ingerületátvitel erősségének szabályozása.
De amint a
kísérletek során kiderült, e szabályozásért nem valamelyik korábban is ismert
és az endokannabinoidok által közvetített jelátviteli pálya a felelős, hanem
valamilyen egyelőre minden részletében nem ismert mechanizmus
„Először azt
gondoltuk, hogy valamelyik endokannabinoid-pálya felelős ezért a szabályozó
funkcióért is. Csakhogy amikor olyan egereket vizsgáltunk, amelyekből
hiányoztak az endokannabinoidokat termelő fehérjék, azt tapasztaltuk, hogy a
kannabinoidreceptorok szabályozó funkciója továbbra is működik (márpedig ha
nincsenek kannabinoidszintetizáló fehérjék az állatban, akkor kannabinoidok sem
lehetnek benne, és így klasszikus értelemben a kannabinoidreceptor sem
működhetne – a szerk.) – érvel Katona István. – Úgy tűnik tehát, hogy e
receptorok egy része a hagyományos endokannabinoid-pályáktól eltérő módon
működik. Hogy pontosan mi e működés alapja, arra még nem tudjuk a választ, de
ezen fogunk dolgozni az elkövetkező időben. Vélhetően fontos szerepet játszik ebben
a működésben a receptorok térbeli elhelyezkedése és esetleg a
térszerkezet-változásaik is.”
***
Rengeteg új
tudományos kérdést vetett fel e felfedezés. Vajon mi dönti el a szinapszisban,
hogy az adott, alig 200 nanométeres régióban hány receptor lesz aktív? Milyen
jelmolekula vagy fehérje hatására vesz fel a receptor olyan térszerkezetet,
amely után megindulhat a jelátvitel? E kérdések megválaszolása akár különböző
idegrendszeri betegségek jobb megértése érdekében is jelentős lehet.
Az autizmus egyik genetikai modelljében például Thomas Südhof Nobel-díjas
kutató, az MTA tiszteleti tagja és kollégái felfedezték, hogy a zavar által
érintett egerekben az agy klasszikus endokannabinoid-jelpályái érintetlenek
maradnak, viszont a kannabinoidreceptor állandósult működése (amit a mostani
vizsgálatban is kimutattak) teljesen eltűnik.
„Amikor mi THC-vel
kezeltük az egereket, akkor ugyanazt tapasztaltuk, mint az autizmus genetikai
modelljében – mondja Katona István. – Vagyis ez a tónusos kannabinoid-jelátvitel
teljesen eltűnt, miközben a klasszikus endokannabinoid-jelpálya nagyrészt nem
változott. Emellett azt is megfigyeltük, hogy az új típusú jelátvitel mögött
álló, nanométer pontosságú rendezettség szétesett. A további kutatások során
kell feltárnunk, hogy ennek mi az oka, és e változás milyen hatást gyakorol a
szinapszis működésére, illetve akár a különböző neurológiai és pszichiátriai
betegségek kialakulására.”
(Fotó- és szövegforrás: MTA,
2024. június 10.)
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Szerző/Leközlő:
Polgár
Julianna
MMDR
Ex Libris-díjas költő, fotó- és képzőművész
(szerk.-
és fotórip., könyvtáros - volt Duna TV, MTI;
főszerkesztő - POLGÁRI ÖSSZMAGYAR ÖRÖMHÍR MÉDIA;
GYÖNGYSZAVÚ
MÚZSA MÉDIA - gyongy.pol.dtv.mti8@gmail.com;
budapesti
tudósító - HUNSOR.SE; Szabad Szalon (SK) - pjulcsillag8@gmail.com);
06-30/859-33-35;
https://hu.wikipedia.org/wiki/Polg%C3%A1r_Julianna
