Nowe badania przeprowadzone na Oregon Health & Science University po raz pierwszy ujawniają funkcję mało poznanego połączenia między komórkami mózgu, które może mieć istotne implikacje w leczeniu różnych schorzeń, od stwardnienia rozsianego po chorobę Alzheimera, aż po rodzaj raka mózgu znany jako glejak.
Wyniki badania opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature Neuroscience.
Neurolodzy skupili się na połączeniu, czyli synapsie, łączącej neurony z komórką nieneuronalną, znaną jako komórki prekursorowe oligodendrocytów (OPC). OPC mogą różnicować się w oligodendrocyty, które wytwarzają otoczkę wokół nerwów zwaną mieliną. Mielina to osłona ochronna pokrywająca akson każdej komórki nerwowej – nitkowata część komórki, która przekazuje sygnały elektryczne między komórkami.
Badanie wykazało, że synapsy te odgrywają kluczową rolę w wytwarzaniu mieliny.
„To pierwsze badanie tych synaps w żywej tkance” – powiedziała starsza autorka, dr Kelly Monk, profesor i współdyrektor Instytutu Vollum w OHSU. „Dzięki temu rozumiemy podstawowe, fundamentalne właściwości działania tych komórek w trakcie prawidłowego rozwoju. W przyszłości możemy przyjrzeć się, jak inaczej funkcjonują one w kontekście pacjentów ze stwardnieniem rozsianym”.
Fakt, że te synapsy w ogóle istnieją, był przedmiotem przełomowego odkrycia badaczy z OHSU w Vollum, które opublikowano w czasopiśmie Nature w maju 2000 r. Do tego momentu wiadomo było, że synapsy w mózgu przenoszą jedynie neuroprzekaźniki między neuronami , więc odkrycie synapsy między neuronami a OPC było objawieniem.
„Po dwóch dekadach nadal nie wiedzieliśmy, co robią te synapsy” – powiedział Monk.
Naukowcy uporali się z tym problemem, wykorzystując jednokomórkowe obrazowanie żywej tkanki danio pręgowanego, którego przezroczyste ciała umożliwiają obserwowanie wewnętrznego funkcjonowania ich centralnego układu nerwowego w czasie rzeczywistym. Wykorzystując nowe, potężne narzędzia z zakresu obrazowania, farmakologii i edycji genów, badacze byli w stanie wykorzystać synapsy neuron-OPC do przewidywania czasu i miejsca powstawania mieliny.
Odkrycia prawdopodobnie stanowią wierzchołek góry lodowej, jeśli chodzi o zrozumienie znaczenia tych synaps, stwierdził główny autor dr Jiaxing Li, doktorant w laboratorium Monka.
Komórki prekursorowe oligodendrocytów stanowią około 5% wszystkich komórek w mózgu, co oznacza, że synapsy, które tworzą z neuronami, mogą mieć znaczenie dla wielu schorzeń, w tym powstawania guzów nowotworowych.
Li zauważył, że poprzednie badania sugerowały rolę OPC w szeregu schorzeń neurodegeneracyjnych, w tym w zaburzeniach demielinizacyjnych, takich jak stwardnienie rozsiane, chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, a nawet w zaburzeniach psychicznych, takich jak schizofrenia.
Pokazując podstawową funkcję synapsy między neuronami a OPC, Li stwierdził, że badanie może prowadzić do nowych metod regulacji funkcji OPC w celu zmiany postępu choroby. Na przykład te synapsy mogą być kluczem do promowania remielinizacji w takich schorzeniach jak stwardnienie rozsiane, w którym mielina uległa degradacji. W stwardnieniu rozsianym ta degradacja może spowolnić lub zablokować sygnały elektryczne niezbędne do widzenia, poruszania mięśniami, odczuwania wrażeń i myślenia.
„Być może istnieje sposób na interweniowanie w celu zwiększenia osłonki mielinowej” – powiedział.
Monk powiedział, że odkrycie może mieć bezpośrednie znaczenie w kontekście raka.
„W glejaku te synapsy zostają przejęte, aby wywołać progresję nowotworu” – powiedziała. „Być może będzie możliwe modulowanie sygnału synaptycznego biorącego udział w tworzeniu nowotworu, przy jednoczesnym umożliwieniu normalnej sygnalizacji synaptycznej”.
Chociaż te komórki prekursorowe stanowią około 5% wszystkich ludzkich komórek mózgowych, tylko ich część tworzy oligodendrocyty.
„Staje się całkiem jasne, że te OPC mają inne funkcje poza tworzeniem oligodendrocytów” – powiedział Monk. „Z ewolucyjnego punktu widzenia nie ma sensu mieć tak wielu komórek prekursorowych w mózgu, jeśli nic nie robią”.
Dlatego ich synaptyczne połączenie z neuronami prawdopodobnie odgrywa zasadniczą rolę w mózgu i jest warte przyszłych badań – dodała.
Oprócz Monka i Li współautorami są Tania Miramontes z OHSU i dr Tim Czopka z Centrum Klinicznych Nauk o Mózgu na Uniwersytecie w Edynburgu w Wielkiej Brytanii