A kezdet vége és a jövő kezdete

2020. június 22.

Hangya Balázs, a KOKI már eddig is jelentős sikereket elért - Junior Prima Díj 2010, Lendület pályázat 2015, ERC Starting Grant 2016, DARE Grant 2016 - kutatója csoportjával azon dolgozik, hogy megérthessük a kognitív funkciók idegi alapjait az egészséges és beteg agyban egyaránt. Csoportjának egyik fő témája az ún. kolinerg idegsejtek vizsgálata, melyeknek szerepét a tanulásban saját kísérleteikkel is alátámasztották már (Cell, 2015). Ha megértjük, miként támogatja az előagyi kolinerg neuronok aktivitása a tanulást, ill. hogy ezeknek az idegsejteknek a károsodása miként hat a tanulási folyamatokra, ez közelebb visz minket ahhoz, hogy megértsük szerepüket a neurodegeneratív demenciákban is.
A Balázsék legújabb munkájának eredményét bemutató cikket a Nature Neuroscience-ben fogadták el közlésre. Ez a tény kb. annyit jelent egy idegtudósnak, mint egy operaénekesnek főszerepet énekelni a New York-i Metropolitanban vagy a milánói Scalában. A kutató helyzete bizony kiváltságos, hiszen elsődleges jutalma maga az elért kutatási eredmény, az elismerés, ha mégoly jelentős is, már csak a második!

- Kérlek, mutasd be röviden kutatási témátokat!

- A fokozatos agyi leépüléssel járó, úgynevezett „neurodegeneratív” betegségek komoly, és egyre növekvő terhet rónak a társadalom egészére. Ezen betegségek esetében gyakran kimutatható az egyik agyterület, a bazális előagy kolinerg idegsejtjeinek fokozatos pusztulása. Épp ezért a bazális előagy elektromos serkentése jelenleg ígéretes kutatási irány a neurodegenaratív betegségek kezelésében. Azonban a természetes aktivitást pontosabban követő elektromos serkentés alkalmazásának kidolgozásához, mely a jövőben áttörést jelenthet az Alzheimer kór kezelésében, fontos a kolinerg sejtek normális aktivitásának megismerése.

- Mikor kezdtél el ezekkel a sejtekkel dolgozni?

- A kolinerg sejtekkel az USA-ban kezdtem foglalkozni Kepecs Ádám irányítása alatt. Természetes folytatásként, már itthon, szerettem volna tesztelni azokat a hipotéziseket, melyeket a posztdoktori kísérletek során felállítottam. Általánosságban is az úgynevezett neuro-modulátoros rendszerek – mint például a dopamint kibocsátó dopaminerg rendszer – érdekelnek, mert nagyon izgalmas, szerteágazó szerepük van olyan magasabb rendű, gondolkodással kapcsolatos (kognitív) funkciókban, melyek vizsgálata az emberi agy legizgalmasabb tulajdonságainak megértéséhez is közelebb visz: hogyan tanulunk? Hogyan hozunk döntéseket? Hogyan tervezünk? A kolinerg rendszer mellett a dopaminerg rendszert is vizsgáljuk, valamint a bazális előagy egyéb sejttípusainak (ún. GABAerg, glutamáterg) vizsgálata is folyik a laborban.

- A Kepecs-laborban végzett munkátokban optogenetikai módszerrel, viselkedő állatokban sikerült azonosítani a bazális előagy hátulsó részében levő kolinerg idegsejteket, és a kisülési mintáik alapján bemutatni, hogy a tanulási folyamatokban játszanak szerepet. Ez akkora eredmény volt, hogy az élettudományok vezető lapjában, a Cell-ben publikálták. Mi a véleményed, mi volt azóta a kolinerg idegsejtekről megjelent legnagyobb felfedezés?

- Dan Polley csoportja egy nagyon szép cikkben bemutatta, hogyan alakul ki a kolinerg sejtek tüzelési válasza jutalmat előrejelző hangokra. Többféle technikát kombináltak, és azt feltételezik, ez a mechanizmus is segíti az időben távoli események közti összefüggések megtanulását. Ez a kutatás is felveti a kérdést, mi lehet a pontos munkamegosztás a kolinerg és dopaminerg sejtek között.

- Annak alapján, amit a bazális előagy kolinerg neuronjairól már leírtak, többé -kevésbé mindenhez közük van.

- Ezért is kell még dolgoznunk! Szoktam is mondani, hogy az, hogy mindennel összefüggésbe hozták már a tudatosságig bezárólag, azt is mutatja, hogy nem teljesen értjük a működését.

- Új cikketek címe is jelzi, hogy tüzelési mintájuk alapján sikerült kétféle kolinerg idegsejtet azonosítani. Valóban csak kétféle van? Nem lehet más szempont szerint is osztályozni őket?

- Ez nagyon izgalmas kérdés. Egyfelől egy genetikai tanulmány egy új, RNS-t vizsgáló technikával azt találta, hogy míg sokféle dopaminerg sejt van, a kolinerg sejtek genetikai változatossága sokkal kisebb. Másfelől természetesen lehet még többféle típus, például Nyiri Gábor egy izgalmas korábbi cikkében (Eur J Neurosci 2005) megmutatta, hogy az általunk most nem vizsgált másik agyterületen, a medialis septumban az agy belső cannabis-szerű jelátvivő molekuláira való érzékenységük alapján is meg lehet különböztetni a kolinerg neuronokat. Mondjuk úgy óvatosan, hogy legalább kétféle kolinerg sejt van!

- Kísérleteitek egy része in vivo történt, azaz a sejteket az állatok viselkedése közben vizsgálja, másik része azonban in vitro, ahol a környezetet és körülményeket Ti állítottátok be Petri csészében. Nem lehet ez a tény a sokféleség oka?

- Ez a lehetőség bennem is felmerült, mégis az derült ki, hogy az in vitro adatok nagyban segítették az in vivo adatok értelmezését.

- A sejtek jellemzésére miért nem végeztetek elektronmikroszkópos vizsgálatokat is?

- Jelenleg sajnos még nem rendelkezünk a két sejttípusra szelektív jelölő anyagokkal. Ez azonban egy aktív kutatási téma, mely például a részletes anatómiai kísérletek irányába is megnyitná az utat.

- A témában érdekeltek és a téma iránt érdeklődők számára is érdekes lehet megtudni, hogyan kezdődött és hogyan alakult ez a szép sikert hozó munka. Elmondanád?

- Eredetileg az volt a tervem, hogy meglévő adatok alapján közzéteszünk néhány kisebb megfigyelést. A Cold Spring Harborban végzett kísérletek alatt megfigyeltem, hogy egyes kolinerg neuronokat azonnal felismerek ritmusos tüzelésükről. Ezek nem is tudnak gyorsan tüzelni, még mesterséges (fénnyel történő, ún. optogenetikai) serkentés hatására sem.

- Ennek a ténynek mi lehet a jelentősége?

- A sejteket sokszor rá lehet bírni normális aktivitásuknál gyorsabb tüzelésre optogenetikai serkentéssel, ezek a sejtek viszont látszólag biofizikai tulajdonságaik miatt sem képesek nagy frekvenciás aktivitásra. Nagyon érdekes azonban, hogy külső ingerekre ezek a sejtek is képesek nagyon rövid késéssel és pontos időzítéssel válaszolni.
Mellettük, egy másik csoportba tartozó sejtek viszont gyors akciós potenciál csomagokat, (ún. burstöket) tüzeltek, és ezeket nem lehetett egyszerűen tüzelés alapján azonosítani.

Laszlovszky Tamás alapos elemzésnek vetette alá az adatokat, és kiderült, hogy ezek a „sorozattüzelő” (burst tüzelésű) sejtek sokkal gyakrabban szinkronizálódnak egymással. Buzsáki György épp a KOKI-ban dolgozott a vendégkutató program keretében, neki is megmutattuk az eredményt, és még neki is tetszett, pedig köztudott, hogy magasak az elvárásai. Így arra gondoltuk, biztosan érdemes itt tovább keresni. Elmeséltem az eredményeket Szabadics Jánosnak is, de ő szkeptikus volt: valóban két sejttípusról van-e szó? Ezért szövetkeztünk Gulyás Attilával, akinek posztdoktori munkatársa, Schlingloff Dániel elképesztően sikeres in vitro kísérletek sorozatával támasztotta alá a két kolinerg típus jelenlétét. Megmondom őszintén, nem számítottam rá, hogy ilyen jól kiegészíti majd egymást az in vivo és in vitro fiziológia, de végül ez lett a cikk egyik fő ereje.

- Megvolt tehát a kísérleti anyag, megírtátok a cikket!

- Igen, és beküldtük a kéziratot a Neuron nevű lapba, ahonnan azt a kritikát kaptuk, hogy nem vizsgáltuk a sejtek viselkedési hatását.
Volt hozzá adatunk, nekiláttunk hát egy komoly elemzésnek, és kiderült, ebben is különbözik a két típus! Bárhova nyúltunk, új eredmények bukkantak elő - természetesen nem maguktól, hanem a kísérletezők kemény munkája eredményeként.

Az új eredményekkel tovább erősített munkát a Nature Neuroscience-be küldtük, ahol az elektrofiziológiás kísérleteknél az elvezetett sejtek számát kevesellték, ezért Hegedüs Panna rendkívül kitartó kísérleti munkájával megdupláztuk az adatok mennyiségét.
Az eredmények mind kiállták a tesztet, s így a „kis sztoriból” végül „nagy sztori lett”.
A történet a KOKI kutatói közösségének erejét is mutatja: hogyan formálta a kollégák visszajelzése a kutatás irányát.

- Minden kutató tudja, hogy valóban befejezett kutatás szinte sosincs. Mennyire igaz ez a Ti munkátokra, mi az, ami még nagyobb haszon lehet a jövőben, mint a mai eredmény?

- Ebben az esetben is igaz a klisé: a kutatás több kérdést nyitott meg, mint amennyit megválaszolt. Azonos módon vesz-e részt a két kolinerg sejttípus az Alzheimer-kór és Parkinson-kór kialakulásában? Mi történik a sejtekkel öregedés során? Azonos bemeneteket kapnak-e, különböznek-e a célpontjaik?
Ha pozitív válaszokat kapunk ezekre a kérdésekre, érdemes lehet megvizsgálni, lehetséges-e a típusok szelektív farmakológiai célzása, járhat-e ez hasznos terápiás hatással?
Ezek még a jövő kérdései, de a most megjelent eredmények tették lehetővé ezeknek a kérdéseknek a vizsgálatát.

Hanyga Balázsék most megjelent munkájáról az MTA honlapján is olvashat.