Több közelmúltbeli tanulmány is arra engedett következtetni, hogy az emberek felnőttként is képesek új idegsejteket növeszteni az agy egyes területein. De az agysejtek RNS-ének alapos vizsgálata után a felnőttkori neurogenezisről szóló elképzelés megkérdőjeleződött. A vita még nem dőlt el véglegesen, de az biztos, hogy míg a kutatók egerekben és makákókban azonosították a felnőttkori idegsejttermelődést, addig az embereknél kevésbé egyértelműek az erre vonatkozó bizonyítékok. Azaz mélyebben bele kell ásnunk abba, hogy mi történik az agyunkban, hogyan születnek és differenciálódnak az agysejtjeink.
Az agyunkban számtalan sejttípus él, amelyek támogatják az összetett emberi gondolkodást, az emlékezettől kezdve, a döntési képességig, a szaglásig a mozgásig vagy éppen a kommunikációig. A tudósok azonban nem teljesen értik, hogyan alakul ki a sejteknek ez a rendkívüli színessége az agy növekedése és fejlődése során. Vannak azonban arra vonatkozó sejtések, hogy a neurogenezisben lehet néhány időskorban megjelenő degeneratív idegrendszeri betegség gyógyításának kulcsa.
Agytérképészet
De hiába is lennénk képesek elérni, hogy a fiatalkorunkban leálló agysejttermelődés ismét felíveljen, ha nem tudjuk, hogy miféle agysejtekre volna szükségünk, vagy hogyan jönnek létre a különböző funkciójú agysejtek. Szerencsére néhány komoly kutatást már lefolytattak a közelmúltban, amelyek bepillantást abba, hogy mi zajlik az agyunkban.
A Harvard Egyetem orvosi fakultása, az MIT, a Harvard Broad Institute és a Flatiron Institute kutatói kimutatták, hogy az agykéreg két kulcsfontosságú sejttípusa - legalább is egerekben - egyetlen elődsejttől származik. Meghatározták azokat a genetikai és molekuláris tényezőket is, amelyek lehetővé teszik, hogy az interneuronok (az ingerület továbbadására, valamint más neuronok közötti kapcsolat fenntartása szakosodott idegsejtek) két populációja eltérő identitást alakítson ki.
A Nature tudományos folyóiratban közzétett eredmények modellt adhatnak a sokféle agysejt kialakulásának tanulmányozásához, de jövőbeni terápiáknak is alapul szolgálhat. "Az idegtudomány jövőjének része lesz olyan eszközök létrehozása, amelyekkel nagyon specifikus sejttípusok aktivitását korrigálhatjuk" - mondta Gord Fishell, a Harvard neurobiológia professzora, a kutatás egyik vezetője.
5.-es biológiakvíz: hány veséje van egy embernek? – 10 kérdés az emberi testről
Az interneuronok kizárólag a központi idegrendszerben található idegsejtek, amelyek alakjukat, összekapcsolhatóságukat és működésüket tekintve változatosabbak, mint bármely más sejttípus az agy elülső részén. Az interneuronok két legjelentősebb típusa a parvalbumin (PV)- és a szomatosztatin (SST)-pozitív sejtek. Felnőtteknél ezek a sejtek azonban nem is különbözhetnének jobban egymástól.
Bár mindkettő gátló sejt - megállítják vagy lelassítják a neuronok tüzelését, azaz jelkibocsátását --, a PV- és SST-sejtek azonban ezt különböző módon teszik. A PV sejtek egyfajta stoptáblaként működnek, teljesen leállítják a jelet, míg az SST sejtek finomhangolják a neuronális kommunikációt, egyes jeleket átengednek, míg másokat leállítanak. Fishell csapata korábbi munkáiból tudta, hogy a PV- és SST-sejtek a különbségek ellenére ugyanabból a sejttípusból származnak.
Annak meghatározására, hogy milyen tényezők befolyásolhatják a sejtek két típusra való elkülönülését, a tudósok RNS-szekvenálást és az ATAC-seq nevű technikát használták. "Ha ezt a két adathalmazt egyesítjük, akkor ez egy igazán gazdag adatforrás a génszabályozás elképesztő számítási modelljeinek felépítéséhez" - mondta Kathryn Allaway, a tanulmány társszerzője a Harvard híroldalán .
A Flatiron Intézet adattudósainak segítségével a kutatók végül hasznosítani tudták a bonyolult adatokat. Az adatok felhasználásával térképeket készítettek, amelyek megmutatták, hogy a molekuláris szabályozók - például DNS-, RNS- és fehérjekomplexek - hogyan kapcsolódnak össze a génexpresszió szabályozására az egerek PV- és SST-sejtjeiben.
A születés előtti és utáni különböző időpontokra vonatkozó génszabályozó hálózatok összehasonlításával a csapat azt találta, hogy a két interneuron-típus szétvált, amikor a korai fejlődés során abbahagyták a vándorlást, és letelepedtek az agykéregben.
Számítógépes modelljeik segítségével Fishell csapata képes volt megjósolni, hogy bizonyos gének milyen hatással vannak a sejttípusok fejlődésére. A kutató szerint a modelljük pontossága azt sugallja, hogy a csapat megközelítését fel lehetne használni a genetikai mutációk más sejttípusokra gyakorolt hatásának gyors előrejelzésére, még a kísérletek lefuttatása előtt. Ilyen betekintés birtokában a kutatók végül olyan eszközöket fejleszthetnének ki, amelyekkel célzottan megcélozhatnák a génexpressziót bizonyos sejttípusokban, és helyreállíthatnák a normális aktivitást azokban a sejtekben, amelyek egy adott idegrendszeri fejlődési vagy pszichiátriai rendellenességben esetleg rosszul működnek.
Attól még nem rokonok, hogy hasonlítanak
Egy másik kutatás, amely Max Planck Neurobiológiai Intézetben készült, szintén az agysejtek sokszínűségének kialakulását vizsgálta. Itt a kutatók abból indultak ki, hogy az agyunk számtalan bonyolult folyamatot futtat, amelyek lehetővé teszik a gondolkodást, a mozgást és az érzéseket. Ez csak azért lehetséges, mert az agyban a sejttípusok hatalmas palettája található, és ezek mindegyikének nagyon speciális funkciója van. A müncheni intézet kutatói egy nemzetközi csapattal együtt azt vizsgálták , hogy ez a sokféleség miként jön létre.
A kutatók olyan módszert dolgoztak ki, amellyel egerek agyában elemezhették a sejttípusok fejlődési viszonyait. Eredményeik azt mutatják, hogy a sejttípusok hasonlósága nem a rokonsági fok mércéje. Sőt, az agy hasonló típusú sejtjei gyakran még csak nem is rokonok. Ezzel szemben a nagyon különböző típusú sejtek is lehetnek azonos eredetűek. Az erről szóló tanulmányt is a Nature közölte.
Testünk több száz sejttípusból áll, amelyek mindegyikének megvan a maga sajátos feladata. Ezek a sejtek tulajdonságaikban nagymértékben különbözhetnek egymástól. (Ez jól látható, ha például egy vérsejtet összehasonlítunk egy bőrsejttel.) Ennek ellenére minden sejt azonos genetikai információt hordoz. A sokféleség azért lehetséges, mert a sejtek nem használják fel az összes beléjük kódolt információt. Minden sejttípus csak azokat a géneket aktiválja, amelyekre ténylegesen szüksége van. Ezek aztán RNS-ek és fehérjék előállítását vezérlik le, a folyamat végül egy nagyon specifikus sejttípust eredményez.
A legtöbb sejt sorsa a fejlődés során dől el. Azt a folyamatot, amikor a nem specializálódott sejtek specifikus sejttípusokká érnek, differenciálódásnak nevezzük. Differenciálódás nélkül például egy megtermékenyített petesejtből nem jöhetne létre különböző szövettípusokból felépülő szervezet.
Az agyban különösen sokféle sejttípus található, amelyek többsége gliasejt és neuron. Ezek tovább oszthatók különböző specializált sejttípusokra. Csak a gátló neuronoknak több mint 100 különböző típusa van. Ezek a fejlődés kezdetén többször osztódó neurális őssejtekből származnak. Később leánysejtjeikből születnek a különböző sejttípusok.
Továbbra is megoldatlan kérdés, hogy ezek a változatos sejttípusok hogyan keletkeznek differenciálatlan elődsejtekből néhány hét alatt az embernél vagy napok alatt az egérnél. A Max Planck intézetben a Christian Mayer neurobiológus vezette nemzetközi kutatócsoport azt vizsgálta, hogy milyen mechanizmusok révén jön létre a sejtek sokfélesége az egér agyában. A kutatókat különösen az érdekelte, hogy vajon egyetlen őssejtből származhatnak-e különböző sejttípusok, és hogy a fejlődés során milyen időpontban dől el az idegsejtek sorsa.
Melyik sejtből származik a többi?
A tudósok új technikát fejlesztettek ki az őssejtek jelölésére. Ehhez több millió mesterséges DNS-szekvenciát, úgynevezett "vonalkódokat" hoztak létre. A vonalkódok egyikét beléjük illesztve, az őssejtek ezreit egyedileg megjelölték. Amikor egy megjelölt sejt osztódott, a vonalkódot átadta a leánysejtjeinek, így azonosíthatóvá vált, hogy mely sejtek származnak egymástól. A kutatók ezt a módszert egysejtes RNS-szekvenálással kombinálták, amely egy adott sejtben az összes aktív gént azonosítja. Az így kapott információk alapján a vonalkóddal jelölt sejteket különböző sejttípusokba tudták besorolni.
A két módszer együttes használatával sikerül kimutatni, hogy a sejttípusok és a köztük lévő hasonlóságok alapján nem lehet a fejlődési kapcsolatokra következtetni. Szemben az általános vélekedéssel a hasonló típusú sejtek nem vezethetők vissza közös eredetre. Ez azt is jelenti, hogy az egymástól független elődsejtekből is keletkezhetnek hasonló (konvergáló) sejttípusok.
A tudósok a gátló neuronok esetében az ellenkező forgatókönyvet is be tudták mutatni. A különböző agyi struktúrákban ugyanabból az őssejtből különböző (divergáló) sejttípusok is kifejlődhetnek. Ebben az esetben úgy tűnik, hogy az elődsejt határozza meg az idegsejt sorsát. A differenciálódás az elődsejtek szintjéről indul, és nem később következik be valamilyen külső jel hatására. Ennek megfelelően egy elődsejtből (progenitorsejtből) különböző idegsejttípusok születhetnek.
Ez is érdekelhet
A tudósok arra számítanak, hogy a feltártak a jövőben segítenek jobban megérteni az idegrendszer fejlődési rendellenességeit. A sejtek fejlődési viszonyainak vizsgálatából például kiderülhet, hogy az idegsejtek bizonyos csoportjaira miért hatnak a neurológiai és pszichiátriai betegségeket okozó genetikai mutációk. Ráadásul az új módszer kiterjeszthető bármilyen más szövettípusra is, így a lehetséges alkalmazások széles spektruma tárulhat fel - írta a tudományos kutatásokkal foglalkozó Technology Networks portál.
