Az emberi agy összetettsége lenyűgöző. E komplexitással kapcsolatban rengeteg kérdést lehet és érdemes feltenni, ezek egyike, hogy hogyan alakul ki. Az emberi agy 86 milliárd idegsejtje az embrionális fejlődés 9 hónapja alatt jön létre és találja meg végleges helyét az agyban. Ez az elképesztő folyamat ráadásul azért is rendkívül érdekes, mert számtalan ponton alakulhat másképp, térhet el a normálistól és ilyen esetekben idegfejlődési zavarok alakulnak ki. Az agy fejlődésének megértése egy sor súlyos neurológiai és pszichiátriai zavar kezelését forradalmasíthatja. Az utóbbi néhány hónapban két fontos tanulmány is megjelent az agykéreg embrionális fejlődésével kapcsolatban.
Az embrionális fejlődés lenyűgöző jelenség. Egyetlen sejtből nagyjából ezer milliárd alakul ki, melyek az újszülött testének jól meghatározott helyein fordulnak elő, szöveteket, szerveket alkotva. A megtermékenyített petesejt osztódásai lassacskán létrehozzák a hólyagcsírát, amelyből aztán bélcsíra lesz. Ezen a ponton már 2-3 hete tart az embrionális fejlődés. A bélcsírában már elkülöníthetők egymástól a csíralemezek, melyek közül a külsőből alakul ki később az idegrendszer. A külső csíralemezről középtájon egy cső fűződik le, melyet idegcsőnek nevezünk. Ebből alakul ki a központi idegrendszer, vagyis az agy és a gerincvelő. Az idegcső elülső részén hólyagok jönnek létre, melyek az agy különböző területeit hozzák majd létre. A hólyagok közül az elsőből alakul majd ki a nagyagy, vagyis az agykéreg és a kéreg alatti szürkeállományi régiók egy része. A hólyag falában dudorok jelennek meg, melyeket ganglionális kiemelkedéseknek (ganglional eminence) neveznek.
A kutatók sokáig úgy gondolták, hogy az idegcső falának külső oldalából alakul ki az agykéreg, a ganglionális kiemelkedések pedig a kéreg alatti szürkeállományi régiókat hozzák létre. A modern molekuláris biológiai módszerekkel azonban megállapították, hogy az agykéreg sejtjeinek egy része a ganglionális kiemelkedésekből származik, a fejlődés során innen vándorolnak ki az alakuló kéregbe. Ezek a neuronok jellemzően ún. gátló interneuronok, amelyek a velük kapcsolatban lévő idegsejtek aktivitását csökkentő transzmittert, gamma-amino-vajsavat (GABA) termelnek ingerületátvivőként. A ganglionális kiemelkedés 3-4 alterületre osztható, ahol valamelyest eltérő működésű őssejtek találhatók. Ehhez képest viszont az agykéregben nagyjából 50 különböző gátló idegsejttípust különítettek el. Vajon hogyan alakul ki ez a nagy változatosság? Az agykéregben indul be a sejtek funkcionális elkülönülése (differenciáció), vagy már a vándorlás közben?
Honnan ez a sok különböző neuron?
Az utóbbi néhány évben több nagyívű kutatás is megjelent a világ vezető folyóirataiban, amelyek az agykérgi neuronok diverzitását firtatták. A tanulmányok egerektől és emberektől származó embrionális szövetmintákból izolálták a sejteket és ezek génkifejeződését mérték fel. A génkifejeződés felmérése azt jelenti, hogy valamilyen módszerrel meghatározzák, melyik gének íródnak át az adott sejtben. Ez elárulja, hogy miként működik a sejt, hiszen a génekről fehérjék íródnak át, a fehérjék pedig az összes sejtszintű működés kis fogaskerekei.
Tavaly decemberben a Science folyóiratban jelent meg egy kínai kutatócsoport tanulmánya, melyben egerek és emberek embrionális idegsejtjeinek génkifejeződését vizsgálták. A kutatók több mint ötvenezer sejtet mintáztak meg, az embrionális fejlődés különböző szakaszaiban. A sejtek RNS tartalmának meghatározása alapján igyekeztek felállítani a fejlődési útvonalakat, amiket a sejtek bejárhatnak. Ez azt jelenti, hogy a különböző időpillanatokból származó adatok között megkeresték a legkisebb eltéréseket, hiszen ezek hátterében feltehetőleg ugyanolyan sejtek állnak, amelyek génkifejeződése egy kicsit megváltozik a fejlődésük során.
Az eredményeik alapján levonható az a következtetés, hogy a ganglionális kiemelkedésekben lévő őssejtektől származó idegsejtek már a létrejöttük után jól meghatározott fejlődési útvonalra állnak be, amely a kéregbe érve teljesedik ki. A fejlődési útvonalat meghatározó szabályozási mechanizmus ráadásul nagymértékben átfed az egerek és az emberek között. Ez a hasonlóság egyfelől jó hír, hiszen azt jelenti, hogy az egerek agykérgének fejlődését vizsgálva az emberi agykéreg fejlődését is jobban megérthetjük. Másfelől viszont a hasonlóság zavarba ejtő, hiszen tudjuk, hogy a két faj agykérge meglehetősen eltérő. Az emberi agykéreg sokkal nagyobb relatív kiterjedésű az agyhoz képest, mint az egéré, ez pedig azt feltételezi, hogy a fejlődés során valami nagyon másképp zajlik a két fajnál.
Az osztódási fészkek miatt nő nagyobbra az agykéreg
Egy idén januárban közölt kutatás fényt derített egy fontos eltérésre az emberi és az egéragy fejlődése közben. Az eredményeket szintén a Science közölte, a szerzők főleg az amerikai Nemzeti Egészségügyi Intézetek (National Institutes of Health – NIH) kutatói. Az eredmények szerint az emberi ganglionális kiemelkedésben az őssejtek osztódásai által létrehozott sejtek maguk is tovább maradnak osztódásra képesek. Ennek köszönhetően a fejlődő emberi agyban nem csak az agykamrák falában lévő sejtek osztódnak, hanem az ezen sejtek tömörülésével létrejött ún. fészkekben is intenzív sejtosztódás zajlik.
A kutatók ezeket a sejteket egérembriók agyába is beültették és azt tapasztalták, hogy az egereknél is létrehozták a fejlődési fészkeket és később beépültek az agykéreg hálózataiba. Ez egyrészt újabb bizonyíték arra, hogy az agykéreg fejlődése hasonló szabályozási folyamatok révén zajlik a két fajnál, másrészt lehetőséget ad az emberi interneuronokat érintő betegségek tanulmányozására. Ezek az emberi őssejtek az egéragyban is hasonlóképp viselkednek, mint természetes környezetükben, az egerekben azonban nyilván komolyabb eszköztár áll rendelkezésre az élettani folyamatok feltárására. Így pontosabb képet kaphatunk számos jelentős emberi betegség mechanizmusairól.
Hova tovább?
Az agykéreg az a terület, ami a legjobban eltér az ember és más emlősállatok között. Ebből az okból kifolyólag már évezredekkel ezelőtt felmerült, hogy az agykéreg felel a legfontosabb mentális képességekért. Ez az elképzelés pedig nagyrészt bebizonyosodott a modern tudományos módszereknek köszönhetően. Az agykéreg fejlődési folyamatainak feltárása segíthet megérteni az emberi intellektus kialakulásának evolúciós folyamatát, de ami talán még praktikusabb, egy sor súlyos betegség gyógyítását szolgálhatja.
Az új eredmények óriási lelkesedést váltottak ki a területen. Az emberi neurális őssejtek az egéragy hálózataiba is beépülnek, ez pedig felveti annak a lehetőségét, hogy hasonló folyamat az emberi agyban is végbemenne. Elképzelhető például, hogy a jövőben genetikai szűréssel és az embrionális fejlődés pontos monitorozásával felmérhető lenne, hogy mikor szükséges mesterségesen bejuttatott őssejtekkel támogatni egy problémásan zajló fejlődési folyamatot.
Az is lehetséges, hogy az őssejtek beültetése akár a kifejlett agyban is hasznos lehet. Az epilepszia egyes típusainál például kiderült, hogy épp azon gátló interneuronok száma csökkent le, amelyek a ganglionális kiemelkedésből vándorolnak az agykéregbe az embrionális fejlődés során. A feltételezések szerint a gátló interneuronok hiánya teret ad a neurális aktivitás korlátlan fokozódásának, ami végül az epilepsziás rohamban nyilvánul meg. A gátló agykérgi idegsejtek pótlása talán megakadályozhatná az újabb rohamok kialakulását. Ez az elképzelés már nem is csak sci-fi, jelenleg épp egy klinikai vizsgálat előkészítése zajlik, amelyben őssejteket terveznek beültetni az egyoldali halántéklebenyi epilepsziával diagnosztizált személyeknek. Nemsokára talán új módszerrel bővül az epilepszia kezelésének eszköztára.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2022/08. számában, az Agyi aktualitások rovatban jelent meg.
