Kuinka aivot yhdistävät tarkasti ja häiriöittä miljardeja soluja, jolloin voimme ajatella, liikkua ja hahmottaa maailmaa? Ohion yliopiston tutkimusryhmä on juuri löytänyt avainmolekyylimekanismin, joka selittää, kuinka kaksi tiettyä neuronityyppiä muodostavat tarkan yhteyden toisiinsa. The Journal of Neuroscience -lehdessä julkaistu löytö avaa uusia mahdollisuuksia ymmärtää neurologisia ja psykiatrisia häiriöitä, jotka liittyvät aivojen yhteyksien puutteisiin. Yksinkertaisesti sanottuna tutkijat kuvailevat järjestelmää, joka on verrattavissa molekyyliseen ”kättelyyn” – eräänlaiseen biologiseen salasanaan, jonka avulla yksi solu tunnistaa toisen täsmällisesti ennen yhteyden muodostamista. Kun tunnistaminen toimii oikein, aivojen piirit järjestäytyvät järjestelmällisesti; kun se häiriintyy, järjestelmän tasapaino voi järkkyä.
Sisältö
Molekyylinen ”kättely”, joka säätelee aivojen ketjujen toimintaa.
Tutkimus keskittyy proteiinien vuorovaikutukseen, joka varmistaa synapsien – neuronien välisten kontaktipisteiden – muodostumisen. Tutkimuksen johtavan kirjoittajan Yasufumi Hayanon mukaan ”nämä estävät interneuronit muodostavat ja tasapainottavat paikallisen piirin toimintaa; ne ovat modulaattoreita ja koordinaattoreita, orkesterin kapellimestareita”.
Keskeisen roolin tässä löydöksessä ovat niin sanotut kattokruunusolut, erityinen tyyppi hidastavia interneuroneja. Vaikka niitä on vain vähän, ne ovat ratkaisevassa asemassa: ne kontrolloivat pyramidisten neuronien toimintaa, jotka vastaavat stimuloivien signaalien välittämisestä ja ovat yksi tärkeimmistä tavoista välittää tietoa aivoista.
Tämä on helpointa kuvitella kaupungin esimerkillä: pyramidinmuotoiset neuronit ovat pääteitä, joilla liikkuu pääasiallinen liikenne, ja lustrasolut toimivat liikennevaloina, jotka säätelevät liikennettä onnettomuuksien ja ruuhkien ehkäisemiseksi. Ilman tällaista tarkkaa valvontaa järjestelmä menettää vakauden.
Ohio State Universityn tiimin keskeinen saavutus oli selvittää, miten kynttiläsolut onnistuvat aina yhdistymään hyvin spesifiseen kohtaan pyramidinmuotoisissa hermosoluissa: aksonin alkupäähän, joka on avainalue, joka määrittää, aktivoituuko hermosolu vai ei.
Tämä kontakti tapahtuu kolmen proteiinin yhteisvaikutuksen ansiosta, jotka toimivat ”lukko ja avain” -periaatteella. Gliomedin , joka on läsnä lustrasoluissa, lähettää oikean signaalin; CNTNAP4 , joka sijaitsee solun pinnalla, tunnistaa sen; ja neurofaskiini-186 , joka sijaitsee aksonissa, osoittaa tarkan kohdan, jossa kohtaaminen tapahtuu. Vasta kun nämä kolme elementtiä yhdistyvät, muodostuu vakaa yhteys.
Hiirillä tehdyissä kokeissa tutkijat havaitsivat, että glio-medin-geenin poistamisen jälkeen lustrasolut menettävät kykynsä muodostaa tehokkaita yhteyksiä pyramidaalisille neuroneille.
Aivan kuin yksi osa ”kättelystä” katoaisi: tunnistaminen epäonnistuu, eikä yhteyttä muodostu asianmukaisesti. Yliopistossa korostettiin, että näiden kolmen molekyylin keskinäinen tunnistaminen on tärkeää jarruhermosolujen oikean kehityksen kannalta.
Merkitys neurologisille häiriöille ja terapeuttinen potentiaali.
Yksi silmiinpistävimmistä seikoista on epäsuhtainen vaikutus, jonka lustrasolut aiheuttavat. Vaikka niitä on vain vähän, ne toimivat aivojen toiminnan todellisina säätelijöinä: ne säätelevät, milloin ja miten pyramidin neuronit aktivoituvat, ylläpitävät tasapainoa kiihottumisen ja jarruttamisen välillä ja estävät epätasapainon, joka voisi vaikuttaa aivojen normaaliin toimintaan.
Ohion osavaltion yliopiston tietojen mukaan muutokset tässä molekyylisessä ”vuorovaikutuksessa” liittyvät epilepsiaan, autismiin, skitsofreniaan ja masennukseen. Kaikissa näissä tapauksissa yhteinen tekijä näyttää olevan koordinaation puute jarruttavien interneuronien ja pyramidaalisten neuronien välillä.
Tarkempi ymmärrys tämän mekanismin toiminnasta antaa meille mahdollisuuden tutkia paitsi sitä, mikä näissä tapauksissa menee pieleen, myös sitä, missä korjauksia voitaisiin tehdä. Hiroki Taniguchi , tutkimuksen johtava tutkija, korosti tämän löydön terapeuttista potentiaalia. Asiantuntijan mukaan tieto siitä, miten nämä erityiset kontaktit muodostuvat, voi auttaa kehittämään kohdennettuja hoitomenetelmiä häiriintyneiden aivoketjujen palauttamiseksi.
Saadut tulokset vahvistavat glio-medin-, CNTNAP4- ja neurofaskiniini-186-proteiinien merkityksen tarkkojen yhteyksien muodostumisessa aivoissa. Näiden tietojen perusteella tutkijaryhmä uskoo, että tulevat tutkimukset voivat paljastaa uusia terapeuttisia kohteita monimutkaisten neurologisten sairauksien hoidossa.
Ymmärtäminen siitä, miten aivot muodostavat tällaisia molekyylisiä ”yhteensovituksia”, on ensimmäinen askel strategioiden kehittämisessä yhteysvirheiden korjaamiseksi, mikä on keskeinen osa monia aivojen toimintaan vaikuttavia sairauksia.
