Neurotróp vírusoktól a neurodegenerációig: egy történet a mikrogliáról

2018. július 20.

Hosszú évek kemény munkájának eredményeként, elfogadták a 24 szerzővel, Fekete Rebeka első és Dénes Ádám utolsó szerzőségével az Acta Neuropathologica-hoz benyújtott cikket, melynek címe "Microglia control the spread of neurotropic virus infection via P2Y12 signalling and recruit monocytes through P2Y12-independent mechanisms".
A hírnek legalább 24 ember örül, ami már nem kevés, de miért érdemes még külön is foglalkozni vele? Kezdjük a folyóirattal!

Bár manapság sok szó esik (részben jogosan), az impakt faktorok (IF) számolgatásának értelmetlenségéről és az értékek viszonylagosságáról, megemlítendő, hogy az Acta Neuropathologica elismerésre méltóan magas, 15.8-as IF értékével a pathológia szakterületének első, az idegtudományok (neuroscience) és neurológia (neurology) területének pedig jelenleg másodikként rangsorolt folyóirata. Mégis, az újságban megjelent közlemények intézetünkben valószínűleg kevésbé ismertek, mint az idegtudomány hagyományosan vezető folyóirataiban, a Nature Neuroscience-ben vagy a Neuronban publikált munkák.
Számomra is valószínű csak azért ismert, mert első cikkeim egyikét épp ide nyújtottuk be Siklós László /SZBK/ javaslatára, aki az Acta-t már akkor jó újságnak tartotta. Az 1996-os 2.946-os IF értéket persze ma már senki nem irigyelné tőlem.
Huszonkét év nagy idő, és különösen igaz ez az elmúlt 22 évre, hiszen nem csak számtalan új tudományos módszer látott napvilágot, de ebben a periódusban jelent meg és vált néhány év alatt nélkülözhetetlenné az internet is a tudományos közlemények megjelentetésében. Újságok százai születtek és szűntek meg, sok neves lap veszített presztizséből, míg mások nagyon jól kihasználták a világháló nyújtotta lehetőségeket, miközben közleményeik színvonala is emelkedett. Lacinak az újságról adott jó véleményét a 2017-es IF értéknél is jobban igazolja, hogy ez évek óta tartó folyamat eredménye.

Vajon mi erről a véleménye Dénes Ádámnak, aki nem csak a cikk utolsó szerzője, de egyike a 24 szerző közül azoknak, akik a kezdetektől hittek a munka jelentőségében?

- Gratulálok a munkához és remélem, sokan olvassák és idézik majd a cikket! Mit gondolsz, mi lehet az elsődleges oka annak, hogy az Acta Neuropathologica magas színvonalú lapból vezető folyóirattá vált?

- Úgy gondolom, két tényezőt biztosan lehet említeni. Az egyik, hogy a világ vezető tudósai, politikusai és egészségügyi szakemberei között általában egyetértés van abban, az emberiség jövője szempontjából valószínűleg a legfontosabb megoldatlan problémák egyike az idegrendszeri betegségek mechanizmusainak megértése és hatékony terápiája. Ezek nagy szavak, de gondoljunk arra a sokat ismételt adatsorra, hogy jelenleg csupán Európában (értsd: a fejlett világ egy szegletében) 100 millónál több embernek van valamilyen idegrendszeri rendellenessége, s ezek kezelésének összköltsége meghaladja az évi 800 milliárd eurót. Ez több, mint a szívérrendszeri és daganatos betegségekre fordított együttes költség. Ezért az agyi betegségmechanizmusok celluláris-molekuláris hátterét vizsgáló, kiemelkedő minőségű tanulmányok, és az ezeket közlő folyóiratok felértékelődtek az elmúlt években. Hasonló történt egyébként a vezető immun- vagy tumorbiológiával foglalkozó újságok esetében is. Másrészt a közelmúlt felfedezései és technológiai áttörései - amelyek zöme egyébként a biofizikai, biokémiai, immunológiai és neurobiológiai alapkutatásokból származik –, először kínálnak valós lehetőséget arra, hogy akár betegekben, akár megfelelő kísérletes állatmodelleket használva, az alapvető pathomechanizmusok mélyére tudjunk tekinteni. Például az egyes betegségeket kísérő molekuláris változásokat korábban csak asszociatív adatok alapján, sok ezer tanulmányból összeollózva lehetett többé-kevésbé sejteni, míg ma a GWAS vizsgálatok vagy a teljes transzkriptom szekvenálás világában ezt a tudást torzításmentesen, részrehajlás nélkül /szakkifejezéssel élve “unbiased” módon/, a korábban ráfordított idő töredéke alatt megszerezhetjük. Vagy gondoljunk arra, hogy csupán a genetikusan kódolt riporter fehérjék, szenzorok, farmakogenetikai és optogenetikai konstruktok és modern in vivo képalkotó módszerek segítségével milyen mértékben nőtt meg a lehetőségünk arra, hogy pontosabb választ kapjunk egyes agyi sejttípusok működéséről, szerepéről. Az Acta szerintem nagyon jól fogta meg azt az irányvonalat, hogyan kell a klasszikus pathológiai témák köré szerveződött humán vizsgálatok és a betegségmechanizmusokat tárgyaló állatkísérletes kutatások terén megtalálni azokat a munkákat, ahol a transzláció szempontjából fontos kérdésfeltevés találkozik a modern módszerek felhasználásával és a minőségi kivitelezéssel. Szerencsénk volt, hogy Rebeka cikkében sikerült ezt az irányvonalat valamennyire kidomborítani, bár eredetileg jóval egyszerűbb kérdésekre kerestük a választ.

- Az intézet története során volt már egy-két irányváltás. Laborokat is átépítettek, hogy az új témákhoz szükséges új technika megfelelő helyre kerüljön. Most, hogy arra készülünk, új intézetünk lesz, gondolkodjunk új kutatási irányon is?

- Nem gondolom, hogy a KOKI-nak radikális irányváltásra lenne szüksége. Még akkor sem, ha sok olyan stratégiai jelentőségű változás van az idegtudományokban, ami mellett nem lehet szó nélkül elmenni. Az intézet és kiváló kutatói előtt azonban komoly lehetőség nyílt az idegrendszeri betegségek vizsgálata terén is, hiszen kezükben vannak azok a technikák, amelyek jelenleg az idegtudományi alapkutatások élvonalába tartoznak. Ezek a módszerek nagyon eredményesek az egyre kisebb struktúrák, finomabb szabályozások, vagy éppen komplex idegi hálózatok dinamikájának vizsgálatában. Én sohasem értettem, hogy ha rendelkezésre állnak úttörő technológiák, akkor miért nem alkalmazzuk őket fontos betegségmechanizmusok vizsgálatára is, amilyen hamar csak lehet. Természetesen nem arra gondolok, hogy most akkor mindenkinek profilt kellene váltani és betegségekkel foglalkozni, hogy gyorsabban jöjjön az áttörés, hanem pont az ellenkezőjére! Pl. egy fiziológiás működéseket vizsgáló vezető szakember valószínűleg az egyik legavatottabb véleményformáló lehet, ha tapasztalatait és vizsgálómódszereit pathofiziológiai kérdések megválaszolására is felhasználja. Különösen igaz ez, ha kollaborációk segítségével a különböző szakterületek tudását együttesen használják fel adott kutatási célok érdekében. Ilyesmi történt például akkor, amikor az első stroke-on átesett, majd felépült betegeken fMRI vizsgálatot végeztek, és felfedezték, hogy az ellenoldali struktúrák milyen hihetetlen plaszticitást mutatnak adott funkciók részleges vagy teljes átvételével.
Szerintem ma már a felgyorsult fejlődés miatt a tudomány nemzetközi és interdiszciplinális együttműködések révén tud csak igazán hatékonyan működni. Ezen felül számomra mindig a tudományos kérdés az elsődleges szempont: a kérdés lehető legjobb megválaszolásához kell megteremteni a szükséges feltételeket és kiválasztani a megfelelő módszertani megközelítést. Látható, hogy a nagy nemzetközi jelentőségű, áttörést eredményező projektek zöme is így születik.
Ma a KOKI-ban dolgozó kutatók helyben vagy együttműködéseken keresztül, számos olyan új módszert alkalmazhatnak, amelyek paradigmaváltáshoz vezethetnek olyan pathomechanizmusok értelmezésében, melyeket korábban nem is lehetett ilyen szinten és színvonalon tanulmányozni. Gondolok itt például az in vivo képalkotó módszerekre, a sokcsatornás in vivo elektrofiziológiára, a multiplex fehérjemeghatározásra, RNS szekvenálásra, az automatizált viselkedés vizsgálatokra, vagy a nagy felbontású mikroszkópos módszerekre. Ezeket a komplex technikákat azonban egyetlen PhD hallgató sem képes három év alatt megfelelő színvonalon elsajátítani. Ezért meg kell próbálni a jó kérdésfeltevéshez megteremteni a módszertani hátteret és együttműködéseket kialakítani akár adott kutatócsoporton belül is, hogy a végeredmény a lehető legjobb legyen. A labort is ezek szerint az elvek szerint próbálom meg működtetni.

- Nagyon sok minden szóba került a cikk kapcsán, de beszélnél most egy kicsit a munka történetéről is? Szerintem az is megér egy misét. . .

- Valamikor 2002-2003 táján arra voltunk kíváncsiak, hogyan szabályozza az idegrendszer az immunfolyamatokat. Többek között a csontvelő autonóm beidegzését tanulmányoztam retrográd transszinaptikus pályajelöléssel, amihez rekombináns PRV vírustörzseket használtam. Az eredeti megfigyelés az volt, hogy miközben az agyi centrális autonóm magvakban az idő előrehaladtával a vírusfertőzés egyre távolabbi szinaptikus partnereket ér el, a korábban fertőzött struktúrákban kezdenek eltűnni a vírusfertőzött idegsejtek. A szöveti gyulladásos válasz jelenléte alapján világos volt, hogy itt nem az idegsejtek spontán degenerációjáról van szó, hanem ezeket valamilyen agyi sejttípus hatékonyan eltakarítja. Sikerült is a mikrogliát, mint fő tettest, immunfestéssel azonosítani, és a rekombináns vírustörzsek riporter fehérjéinek időbeli kifejeződése alapján azt is lehetett sejteni, hogy a folyamat órák alatt lezajlik.
Emlékszem, mennyit segítettél azoknál az elektronmikroszkópos vizsgáloknál, amelyekkel elsőként sikerült direkt sejt-sejt kapcsolatot kimutatni a mikroglia és a fertőzött idegsejtek között. Ugyanakkor egyszerűen nem álltak még rendelkezésre olyan technikák, amelyek segítségével a mikroglia funkcionális szerepét meg lehetett volna vizsgálni, bár az elérhető módszerek közül sok mindent kipróbáltam. Sikerült ugyan az adatokat közölni, de akkoriban nem volt elég tapasztalatom ahhoz, hogy igazán jól írjam meg a cikket. Később itthon, Környei Zsuval együttműködve, majd miközben Manchesterben kutattam, próbáltunk in vitro módszerekkel is utánamenni annak, milyen módon ismerheti fel a mikroglia a sérült idegsejteket. Ez lett Rebeka PhD témája is. Ő egy hihetetlen ívet járt be, ugyanis a témával kapcsolatos kezdeti közönyt nála egyszer csak felváltotta egy elkötelezett érdeklődés, és a szemem előtt vált kiváló fiatal szakemberré, igazi kutatóvá. Aztán az angol rossz nyelveknek ismét igaza lett (where there's a will, there's a way), ugyanis elérhetővé vált a szelektív mikroglia manipuláció, és közben a mikrogliális toborzásban szerepet játszó molekuláris mechanizmusok egy részét is megfejtettük. Kiderült, hogy ha eltávolítjuk az agyból a mikrogliát, a vírusfertőzés elszabadul, a vírusfehérjék extracellulárisan is megjelennek, és az állatok korábban sohasem látott neurológiai tüneteket mutatnak. Azt is megállapítottuk, hogy a P2Y12 receptor, amely fontos szerepet játszik a mikroglia nyúlványok sérülés helyére való toborzásában, képes a fertőzött, de még ép idegsejtekből felszabaduló ATP/ADP korai felismerésére, ráadásul a további fagocitotikus folyamatok egyik fontos irányítója is. Még nincs közölve, de már tudjuk, hogy ez a rendszer a mikroglia-mediálta döntéshozatal egyik első vonala. Ennek segítségével monitorozza a mikroglia, mi történjen egy adott idegsejttel: szükség van-e aktivitásának szabályozására, sérülése esetén megmenthető-e, vagy minél gyorsabban el kell távolítani az agyi mikrokörnyezetből. Az alapvető megfigyelések mellett, kollaborációk segítségével további megfigyeléseket tudtunk tenni. A teljesség igénye nélkül: fizikus kollégáink in vitro mikroglia motilitás vizsgálatokkal, Rózsa Balázsék két-foton mérésekkel, Sperlágh Bea és Baranyi Mária HPLC meghatározásokkal, Kovács Krisztináék PCR mérésekkel, neuropathológus szakértőink, Hortobágyi Tibor és Kovács Gábor pedig humán HSV encephalitis mintákkal és fontos tanácsokkal segítették, hogy az egér modellben tett megfigyelések relevanciáját a humán agyban is meg tudjuk erősíteni. Kiderült az is, hogy a mikroglia jelenléte esszenciális a gyulladt agyszövetbe irányuló leukocita toborzáshoz a keringés felől. Végül elkészült a cikk.

- Mi az, amit ezekből az eredményekből a legfontosabbnak tartasz, ami több, mint egy-egy adott kérdésre kapott válasz, és iránymutató lehet további idegtudományi kutatásokhoz is?

- A munka szerintem egyik legfontosabb üzenete, hogy ugyanaz a mechanizmus, amely az idegsejtek aktivitásfüggő monitorozását is végzi, segít a mikrogliának eldönteni, hogy az adott idegsejttel mi történjen. Ennek általános jelentősége lehet számos gyakori agyi betegségben, de most nézzük a fertőzést, mint konkrét példát!
Gondoljunk bele, hogy a populáció virtuálisan 100%-a (szerológiailag 40-60%-a) átesett már HSV fertőzésen és a vírus élethosszon át képes az idegrendszerben túlélni, replikálódni. Nem véletlen, hogy a közelmúlt kutatásai a klasszikus neurodegeneratív kórképeket kísérő idegsejt pusztulásban – ez történik pl. az Alzheimer- kór során is – egyre több bizonyítékot találnak a neurotróp herpeszvírusok lehetséges szerepére! Például régóta ismert, hogy az amyloid plakkok közepén feldúsulnak a HSV antigének, ezt azonban nehéz volt egy “neuroncentrikus” modellben értelmezni.
Ma már tudjuk, hogy mind az amyloidok, mind a foszforilált tau, mind a HSV antigének képesek aktiválni a mikrogliát. Innentől csak az a kérdés, hogy mennyire hatékonyan működik a mikroglia döntéshozatali apparátusa: könnyű elképzelni, hogy az öregedő agyban gyengül az anti-virális immunitás, és ez a centrális gyulladásos folyamatok elhangolódása révén megnövekedett idegsejt pusztuláshoz vezethet.
Másrészt, a vírusfertőzés kiválóan alkalmas modell arra, hogy a mikroglia toborzását és fagocitotikus aktivitását az intakt agyszövetben, külső manipuláció nélkül vizsgáljuk. A retrográd módon, transzszinaptikusan fertőződött idegsejt funkcionális károsodásáról ugyanis a lokális mikroglia csak az adott idegsejt, vagy közvetlen környezete felől kaphat információt. A fertőzés-modell révén feltárt mikrogliális mechanizmusok azonban nem csupán a fertőzés, hanem más neuronális sérülés esetén is szabályozhatják a neurodegeneráció folyamatait, ezért további betegségmodellekben is érdemes őket megvizsgálni.
Jelenleg épp ilyen vizsgálatokat végzünk, és reméljük, ezeket az eredményeinket is sikerül majd megfelelő láthatóságú folyóiratokban közölni.