Nowy szlak chemiczny prowadzi ku tajnikom pamięci i depresji
Źródło: Instytut Nenckiego, Grzegorz Krzyżewski
Świat jest zły, życie bez sensu? To niekoniecznie wina świata czy życia – ani nawet twoich chęci. Źródłami depresji są złożone i wciąż słabo poznane procesy chemiczne zachodzące w mózgu między neuronami. Jeden z nich właśnie został zbadany i opisany przez naukowców z Instytutu Nenckiego w Warszawie. Zdobytą wiedzę będzie można wykorzystać m.in. w poszukiwaniach nowych leków antydepresyjnych.
Niemal każdy z nas żyje w przekonaniu, że swoim umysłem kieruje całkowicie świadomie i w pełni samodzielnie. W rzeczywistości o wielu ludzkich zachowaniach, takich jak uzależnienia czy skłonność do depresji, decydują skomplikowane procesy fizyko-chemiczne zachodzące w różnych strukturach mózgu. Istotne znaczenie mają tu zwłaszcza mechanizmy działające w synapsach, a więc w miejscach, w których neurony przekazują sobie sygnały. Naukowcy z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego Polskiej Akademii Nauk w Warszawie we współpracy z University College of London, German Center for Neurodegenerative Diseases i Hannover Medical School właśnie odsłonili kolejny rąbek kryjącej się tu chemicznej enigmy. Po raz pierwszy opisali oni całą nową ścieżkę sygnałową związaną z 5-HT7R, jednym z receptorów występujących na kolcach dendrytycznych w obrębie synaps. Wyniki przedstawiono w znanym czasopiśmie biologicznym „Cell Reports”. Redakcja dodatkowo podkreśliła rangę publikacji, zamieszczając na okładce nawiązującą do niej grafikę.
„W komunikacji między neuronami szczególnie ważne są synapsy, a więc miejsca, w których komórki te stykają się ze swoimi sąsiadami. Poznanie zachodzących tu procesów wciąż pozostaje wielkim wyzwaniem, o doniosłym znaczeniu dla nauki i medycyny”, mówi prof. dr hab. Jakub Włodarczyk, kierownik Pracowni Biofizyki Komórki w Instytucie Nenckiego. „Nasz wkład polegał na opisaniu dotychczas nieznanej ścieżki sygnałowej związanej z jedną z odmian receptorów serotoninowych. Znając tę ścieżkę możemy zacząć myśleć na przykład o nowych sposobach chemicznego kontrolowania pewnych przypadków depresji”.
Człowiek jest swoją pamięcią. Pozbawieni możliwości utrwalania własnych obserwacji i przeżyć, nie bylibyśmy w stanie kojarzyć zdarzeń, formować charakterystycznej tylko dla nas osobowości ani funkcjonować społecznie. Zapamiętywanie i kojarzenie zawdzięczamy wyjątkowej zdolności mózgu do plastycznego modelowania struktury połączeń między neuronami. Kluczową rolę odgrywają tu procesy zachodzące w synapsach, czyli miejscach, w których liczne i rozgałęzione wypustki neuronów (dendryty i aksony) stykają się z innymi komórkami (głównie sąsiednimi neuronami). Zaburzenia komunikacji między neuronami leżą u podstaw chorób Parkinsona czy Alzheimera, prowadzą też do uzależnień, depresji, schizofrenii, autyzmu czy padaczki.
Naukowcy z Instytutu Nenckiego skoncentrowali swoją uwagę na procesach biologicznych zachodzących między macierzą zewnątrzkomórkową (substancją otaczającą neurony, zawierającą wiele różnych białek), a kolcami dendrytycznymi, niewielkimi wypustkami w dużej liczbie pokrywającymi dendryty. Współczesne badania wskazują bowiem, że zarówno uczenie się, jak i zapamiętywanie, mają związek z liczbą, wielkością i kształtem kolców dendrytycznych.
„Im większy kolec, tym więcej znajdziemy na nim różnego typu receptorów wychwytujących ze swego otoczenia pewne związki chemiczne. Związki te są wydzielane przez sąsiedni neuron do macierzy zewnątrzkomórkowej w szczelinie synaptycznej i uczestniczą w przekazywaniu sygnału. Naszą grupę interesowały procesy zachodzące z udziałem jednego z typów receptorów serotoninowych, receptora 5-HT7R. Wiele substancji o charakterze antypsychotycznym lub antydepresyjnym bezpośrednio oddziałuje na ten receptor. Niedawno odkryto też, że farmakologiczne blokowanie tego receptora wykazuje działanie antydepresyjne”, wyjaśnia dr Monika Bijata (Instytut Nenckiego), dla której omawiane zagadnienia były podstawą pracy doktorskiej.
Badania, po stronie polskiej sfinansowane z grantów HARMONIA Narodowego Centrum Nauki i TANGO Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, pozwoliły ustalić, że gdy neuroprzekaźnik aktywuje receptor 5-HT7R, dochodzi do przemodelowania macierzy zewnątrzkomórkowej. Po raz pierwszy wykazano, że receptor 5-HT7R tworzy w mózgu kompleksy z białkiem CD44 i że CD44 może być cięte przez enzym wydzielany przez pobudzony receptor: metaloproteazę MMP9. W wyniku cięcia aktywacji ulega kolejne białko, Cdc42. I to właśnie ono poprzez wpływ na cytoszkielet aktynowy przyczynia się do wzrostu kolców dendrytycznych. Udowodniono także, że kolce powiększone w wyniku działania opisanej ścieżki sygnałowej są rzeczywiście funkcjonalne.
„Teraz, gdy znamy już ścieżkę sygnałową związaną z aktywnością receptora 5-HT7R, będzie nam łatwiej wybierać molekularne cele dla nowych, potencjalnie efektywniejszych terapii antydepresyjnych. Możemy próbować blokować aktywność enzymu MMP9, redukować cięcie białka CD44 albo specyficznie oddziaływać na inny fragment ścieżki”, mówi dr Bijata.
„Wiedzę o zmianach chemicznych w macierzy zewnątrzkomórkowej, zachodzących przy aktywacji receptora 5-HT7R, zdobyliśmy badając neurony. Będzie ją jednak można wykorzystać także w odniesieniu do niektórych innych typów komórek, choćby takich jak komórki nowotworowe. To droga do kolejnych terapii leczniczych, na przykład przeciwdziałających chorobom nowotworowym”, uzupełnia prof. Włodarczyk.
Część eksperymentalną związaną z doświadczeniami na zwierzętach pozbawionych receptora 5-HT7R dr Bijata wykonała podczas stażu badawczego w laboratorium prof. Evgenija Ponimaskina z Hannover Medical School.
Zaloguj się Logowanie