Így “csukódik be” egy plaszticitási ablak

A plaszticitás, a képlékenység fontos tulajdonsága a kifejlett idegrendszernek, azonban a fejlődés során talán még nagyobb jelentőséggel bír. A fejlődés során vannak időszakok, úgynevezett plaszticitási ablakok, amikor az idegrendszer képlékenysége a csúcson van. Ez az állapot ugyan elengedhetetlen a normális fejlődéshez, azonban az is ugyanolyan fontos, hogy ez az állapot a megfelelő időben lezáruljon. Egy új tanulmány szerint a plaszticitási ablakok lezárásában központi szerepe van az asztrocitáknak és a perineuronális hálóknak.

Plaszticitás a vizuális kéregben

A plaszticitás, vagyis a képlékenység, az idegrendszer egyik fontos tulajdonsága. Az idegrendszer hálózatait, az idegsejtek közötti összeköttetéseket változékonyság jellemzi. Képzeljük el, hogy egy ragadozó agyában lévő sejthálózat működése azt eredményezi, hogy a ragadozó megtámad egy potenciális prédát. Kiderülhet azonban, hogy az adott préda elfogása túl veszélyes, nem érdemes vele próbálkozni. A támadást kiváltó sejthálózat konfigurációját meg kell változtatni, hogy a ragadozó viselkedése megváltozhasson. A sejtkapcsolatok rugalmassága tehát központi jelentőségű abban, hogy az élőlény alkalmazkodni tudjon a környezetéhez. A hálózatok stabilitása ugyanakkor szintén fontos elvárás, hiszen ez biztosítja, hogy ne kelljen minden helyzetet teljesen újként kezelve megközelíteni. A plaszticitás és a stabilitás tehát a megfelelő egyensúlyban kell legyen az agyban.

A kifejlett emlősagyban a stabilitás dominál, de a fejlődés során vannak olyan időszakok, amikor a plaszticitás fokozódik. Ilyenkor alakulhatnak ki az idegrendszerben azok a hálózatok, melyek alkalmasak a külvilág ingereinek befogadására. A plaszticitási ablakok legismertebb példája a vizuális kéreg születést követő fejlődése során figyelhető meg. A 60-as években David Hubel és Thorsten Wiesel úttörő tanulmányai fedték fel, hogy a macskák vizuális kérge a korai fejlődés során kapott külső információ függvényében nagymértékben változik. A kutatók kimutatták, hogy a macskák egyik szemhéjának lezárása azt eredményezi, hogy a vizuális kéregben átrendeződnek a okuláris dominancia oszlopok. Ezek olyan területei az agykéregnek, amelyek kifejezetten az egyik szemből érkező infromáció feldolgozásában vesznek részt és azért nevezik oszlopoknak őket, mert az agykéreg teljes vastagságán átívelnek. A szemhéj lezárása azonban csak a fejlődés egy bizonyos szakaszában eredményez efféle átrendeződést, ez az időszak tehát a látókéreg fejlődésének plaszticitási ablaka.

Az asztrociták befolyással vannak a vizuális kéreg plaszticitására

A 60-as évek óta az idegtudományban modellállatként legnagyobb részt rágcsálókat, manapság főleg egereket használnak, hiszen rövid generációs idejük, könnyű kezelhetőségük, olcsó tartásuk bőven felülmúlja azt a hátrányt, hogy az emberhez képest egyszerűbb felépítésű az agyuk. Egereket használt a kísérleteihez az a francia kutatócsoport is, mely a vizuális kéreg plaszticitási ablakának lezárását vizsgálta.

A vizsgálat alapjául egy korábbi eredmény szolgált. Müller és Best 1989-ben a Nature lapjain publikálták eredményüket, miszerint macskák látókérgébe ültetett asztrociták képesek a kritikus periódus lezárta után is fokozott képlékenységet előidézni a látókéregben. A francia kutatók először azt vizsgálták, előidézhető-e hasonló jelenség az egereknél is. Fiatal egerekből kinyert asztrocitákat ültettek be felnőtt egerek vizuális kérgébe, ami azt eredményezte, hogy ezeknél az egereknél átszerveződtek az okuláris dominancia oszlopok az egyik szem ingerlésének hatására. Ez tehát azt jelenti, hogy a normálisan csak a plaszticitási ablakban tapasztalt képlékenység újra előtört a beavatkozásnak köszönhetően.

A konnexin 30 nagy mennyiségben fejeződik ki a fiatal asztrocitákban

A kutatók ezután azt vizsgálták, hogy milyen különbségek vannak a felnőtt és az újszülött egerek asztrocitái között. Ezt a két sejttípus génkifejeződésének összevetésével tették meg. A sejtek működését végső soron az határozza meg, hogy milyen gének fejeződnek ki bennük. A kutatók azt találták, hogy nagyjából 200 gén kifejezésében volt jelentős eltérés a fiatal és kifejlett állatok asztrocitáiban. Az egyik legnagyobb mértékben eltérő gén a konnexin 30 volt, erről a génről pedig korábbi vizsgálatok eredményei alapján ismert volt, hogy a hippokampális asztrociták érésében központi szerepet játszik.

A konnexin 30 az ún. réskapcsolatok (gap junction) egyik fontos alkotóeleme. Ezek tulajdonképpen közvetlen kapcsolatot biztosítanak két sejt citoplazmája között. A kutatók azt találták, hogy a fehérje kifejeződése a látókéreg negyedik rétegében lévő asztrocitákban a legnagyobb mértékű. Ez a réteg fogadja a látópálya látókéregbe érkező rostjait. A konnexin 30 kifejeződésének mértéke ráadásul a plaszticitási ablak záródását megelőzően a legmagasabb. A kutatók megvizsgálták hogyan alakul a látókéreg plaszticitása olyan egereknél, melyeknél hibás a konnexin 30 génje. Azt találták, hogy az egereknél nem zárul le normálisan a plaszticitási ablak 30 napos kor környékén, hanem még a születést követő 50 napig is folyamatosan fokozódik a plaszticitás. Ezek alapján tehát úgy tűnik, hogy a plaszticitási ablak lezáródását a konnexin 30 látókérgi asztrocitákban történp kifejeződésének fokozódása idézi elő.

Az asztrociták a gátló interneuronok által szólnak bele a látókéreg plaszticitásába

A kutatók ezután elektrofiziológiai módszerekkel vizsgálták a normális egerek és a konnexin 30 hiányával jellemezhető egerek látókérgének működését. Azt találták, hogy a génmanipulált egereknél a gátló idegsejtek aktivitása jóval alacsonyabb volt. A kutatók ezután megvizsgálták a gátló interneuronokra jellemző perineuronális hálók állapotát. A gátló interneuronok perineuronális hálóiról már a 2000-es évek eleje óta tudják a kutatók, hogy szerepük van a plaszticitási ablak bezáródásában. A perineuronális hálók kevésbé voltak szervezettek a génmanipulált egereknél, melyeknél nem működött a konnexin 30.

További vizsgálatokkal a kutatók azt is feltárták, hogy a konnexin 30 egy komplikált jelátviteli útvonalon (RhoA-ROCK2-MMP9) keresztül szabályozza a környező gátló interneuronok perineuronális hálóinak állapotát. A jelátviteli útvonal egy fontos célpontja egy olyan enzim, amely a perineuronális hálókat bontja le (MMP9). Az eredmények alapján a kutatók arra következtetnek, hogy a konnexin 30 révén az asztrociták leállítják a perineuronális hálókat emésztő enzimeket, így a gátló interneuronok körüli hálók stabilizálódnak, stabilizálódik a gátló aktivitás a látókéregben, ennek eredményeképp pedig lecsökken a plaszticitás.

A kutatás eredményeinek vizuális összefoglalója (Forrás: Kofuji és Araque, 2021 – Science).

A plaszticitás jelentősége

A kutatás eredményei tehát újabb részleteit tárták fel a látókérgi plaszticitási ablak szabályozásának. A téma azért kiemelten fontos az agykutatásban, mert jelentős gyakorlati jelentősége van. Az agysérüléseket követő rehabilitációban épp az ad lehetőséget a felépülésre, hogy az érett idegrendszer is rendelkezik némi plaszticitással. A gyógyulás legnagyobb korlátja épp a plaszticitás limitáltsága. A plaszticitás szabályozásának alaposabb megértése közelebb visz ahhoz a lehetőséghez, hogy az agysérült betegeknél időlegesen megnyissák az orvosok a fokozott plaszticitás adta lehetőséget a hálózatok átszervezésére és ezzel elősegítsék a lehető legtöbb funkció visszanyerését.

Ehhez azonban elengedhetetlen, hogy az agykutatók megértsék a plaszticitás szabályozását. A francia kutatók által feltárt folyamat az egér látókérgére érvényes, de a közelmúltban például az ecetmuslicák mozgatásért felelős agyterületein szintén az asztrociták szerepét mutatták ki a plaszticitás szabályozásában. Valószínű, hogy még sok vizsgálatra lesz szükség ahhoz, hogy ezeket a folyamatokat kellő részletességgel tárhassák fel a kutatók az emberi agyban is.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2021/31. számában, az Agyi aktualitások rovatban jelent meg.

Forrás 

https://science.sciencemag.org/content/373/6550/29