Meglepő: az agy kolinerg sejtjei a meglepetést kódolják
A Junior Prima díjas magyar agykutató, Hangya Balázs cikke a Cell augusztusi számában
A bazális előagyban található kolinerg idegsejtek tanulásban betöltött szerepének vizsgálatát folytatja majd a Lendületprog ram egyik idei nyertese, Hangya Balázs. Az egyesült államokbeli Cold Spring Harbor Laboratoryban megkezdett munkáját az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben viszi tovább. Az idegkutató és munkatársai amerikai kutatási eredményeiről a Cell folyóirat augusztusi számában jelent meg beszámoló. A Cell az impaktfaktort tekintve a Nature és a Science folyóiratokkal egyenrangú fórum az élettudományok területén.
A bazális előagy (az agyféltekék középső és elülső részén elhelyezkedő heterogén terület) kolinerg idegsejtjei, amelyekben az acetil-kolin az ingerületátvivő anyag, fontos szerepet játszanak a normális gondolkodásban és a neurodegeneratív betegségek– például az Alzheimer- és a Parkinson-kór – kialakulásában.
A kolinerg idegnyúlványok sűrűn behálózzák az agykéreg legfejlettebb részét, az úgynevezett neocortexet, és acetil-kolin felszabadításával szabályozzák az éberségi szintet, a figyelmet és a tanulást. A viselkedésben betöltött pontos funkciójuk azonban alig ismert, mivel eddig még nem tudták viselkedés közben feljegyezni a kolinerg neuronok aktivitását.
Hangya Balázs az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Celluláris és Hálózat Neurobiológia Osztály laboratóriumában
Ebből a szempontból úttörő Hangya Balázs és munkatársainak kutatása, mivel optogenetikai módszerrel sikerült egerek bazális előagyában azonosítaniuk a kolinerg neuronokat, illetve elektródákkal kivezetni és rögzíteni az idegsejtek váratlan eseményekre adott kisülési mintáit.
A bazális előagy funkciójával kapcsolatban kétféle elmélet terjedt el. Az egyik szerint a hosszan fenntartott figyelemben, a másik szerint a tanulásban játszik szerepet. A léziós (egyes neuroncsoportok elpusztításával járó) kísérletek ellentmondásait úgy igyekeztek feloldani, hogy feltételezték, a bazális előagy elülső része inkább a tanulásban, a hátsó része a fenntartott figyelemben vesz részt.
Valószínűleg a tanulásban játszanak szerepet
Hangya Balázs és munkatársai – Sachin P. Ranade, Maria Lorenc ésKepecs Ádám – ebből kiindulva a bazális előagy hátsó részét kezdték vizsgálni, hogy megállapítsák, valóban a figyelemben játszik-e szerepet. A kísérletek legfőbb újdonsága az volt, hogy először sikerült viselkedő állatokban optogenetikai módszerrel azonosítani a kolinerg idegsejteket, és rögzíteni kisülési mintáikat.
„Egy olyan feladatra tanítottuk az egereket, amelyben figyelniük kellett – mondta Hangya Balázs. – Egy váratlanul érkező szenzoros (hang)ingerre kellett reagálniuk, amihez hosszan tartó figyelemre volt szükség. Azt vártuk, hogy a sejtek akkor lesznek aktívak, amikor figyelni kell. Ehelyett azonban a sejtek a figyelem alatt csendben voltak. Viszont miután az egér reagált, és a reakciónak megfelelően megkapta a jutalmát, a vizet vagy a büntetését, az enyhe kellemetlenséget okozó levegőbefújást, a vizsgált kolinerg sejtek nagyon gyorsan, nagyon precízen aktiválódtak.”
Ez arra utal, hogy a sejtek nem a figyelemben, hanem valószínűleg a tanulásban játszanak szerepet. A tanulási folyamathoz szükséges ugyanis az, hogy a különféle ingerekre (ez esetben a jutalomra vagy a büntetésre) gyors és precíz időzítésű megerősítő jelek érkezzenek az agykéregbe, és ezek hatására átalakuljanak a megfelelő idegi kapcsolatok.
Hangya Balázs a következőkben olyan kísérleteket tervez, amelyekkel be lehet bizonyítani, hogy a kolinerg sejtek valóban a tanulásban játszanak szerepet. Egyelőre ugyanis csak az biztos, hogy ezek a sejtek a jutalom vagy büntetés hatására jeleket küldenek az agykéregbe, az viszont még csak feltételezés, hogy ez szükséges a tanuláshoz.
A bazális előagy elhelyezkedése egy szemléltető agymodellen (kékkel jelölve)
A kutató reméli, hogy a kísérletek eredményei hozzájárulnak majd a neurodegeneratív betegségek – amilyen az Alzheimer- és a Parkinson-kór – jobb megértéséhez és eredményesebb gyógyításához, e betegségek fontos közös jellemzője ugyanis a bazális előagy kolinerg idegsejtjeinek fokozatos pusztulása.
Hangya Balázs további kísérleteiben azt tervezi vizsgálni, hogy a kolinerg sejtek milyen módon vesznek részt a tanulási folyamatokban, valamint miben különböznek a bazális előagy másik fontos sejttípusától, a GABAerg gátlósejtektől.
A bazális előagy elektromos serkentése jelenleg ígéretes kutatási irány a neurodegeneratív betegségek kezelésében. A kolinerg sejtek normális aktivitásának megállapítása lehetővé teheti a természetes aktivitást pontosabban követő elektromos serkentés alkalmazását, ami a jövőben áttörést jelenthet az Alzheimer-kór és a Parkinson-betegség kezelésében. Ennek az iránynak az első lépéseként a fiatal idegkutató az Alzheimer-kór egérmodelljében tervezi tesztelni a különböző elektromos aktiválási minták kognitív tünetekre gyakorolt hatását.
Mi az optogenetika?
Az optogenetika olyan nagy pontosságú módszer, amellyel az idegsejtek aktivitása megfigyelhető és szabályozható is. Működése a rodopszin nevű fényérzékeny fehérjéken alapul, amelyek algákból és baktériumokból izolálhatók, de egyik formájuk az emberi szemben is jelen van.
A neuronba juttatva a rodopszin beépül a sejtmembránba, és fényérzékennyé teszi a sejtet. Ezután rövid lézerfényingerekkel ezredmásodpercnyi pontossággal lehet egy-egy sejtcsoportot aktiválni vagy aktivitását megszüntetni.
A kutatóról
Hangya Balázs agykutató 2010-ban szerzett doktori fokozatot a MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben, majd négy és fél évet töltött az amerikai Cold Spring Harbor Laboratoryban Kepecs Ádám csoportjában. 2015-ben tért vissza Magyarországra az MTA KOKIba, ahol a Lendület Rendszer-neurobiológia Kutatócsoportot vezeti.
Forrás: mta.hu