Mikromanipuláció: szomatikus mikroglia-neuron kapcsolatok a fejlődő agyban

Címkék: Hírek

Az idegrendszeri kutatások egyik legígéretesebb mai kutatási területe a neuroimmunológia. Dénes Ádámnak és kutatócsoportjának a Cell Reportsban megjelent cikke a mikroglia és az idegsejtek közötti kapcsolatot és ennek jelentőségét vizsgálja a fejlődő idegrendszerben.

 

 

 

A nevezetes Szókratész paradoxon az eredetinek mondott görög szöveg fordításaként valahogy úgy szól: "Csak egyet tudok, azt, hogy semmit sem tudok", vagy kicsit gördülékenyebb formában, „Csak azt tudom, hogy nem tudok semmit.”

Ez a mondás akár Szókratésztől származik akár nem, mindenesetre egy mai kutatónak is eszébe juthat, mikor munkája során olyan eredményekkel szembesül, ami ellentmond mindannak, ami kutatási területének valamelyik dogmaszerű tétele, vagy ahogy a művészvilágban mondanák, „nincs benne a kánonban”. Szerencsére az ilyen „kánonok” a tudományban sincsenek kőbe vésve, és ez a tudományos felfedezések egyik fő motorja.

Gondoljunk csak arra, nem is olyan nagyon régen mi volt az idegrendszeri kutatások fő témája, mivel foglalkozott a legtöbb kutató, a megjelent cikkek többsége? Természetesen az idegsejtekkel és az idegsejtek közötti kapcsolatokkal. Bár itt is számtalan feltáratlan kérdés maradt, a legnagyobb feltűnést keltő publikációk között ma már ott szerepelnek az idegsejtek és az idegrendszer más sejtjei közti kapcsolatokat vizsgáló publikációk, amelyek révén egyre jobban elismertté válik a gyulladásos folymatok szerepe az idegrendszeri betegségekben is.

Az egyik legígéretesebb, újnak mondható kutatási terület a neuroimmunológia, Dénes Ádám és Neuroimmunlógia kutatócsoportjának fő kutatási témája. A Cell Reportsban épp most megjelent cikkük is meglepő felfedezést mutat be, melyet a laboratórium technikai arzenáljának magas szintű használatával bizonyítanak. A munkáról Dénes Ádám, Cserép Csaba és PhD hallgatójuk, Schwarcz Dóra Anett (Netti) beszél.

 

Kezdjük azzal, mi is az a neuroimmunológia, és mi vezetett a mostani eredményekig!

Ádám

- Egy jó évtizeddel ezelőtt még szinte szentségtörésnek számított arról beszélni, hogy az immunrendszer sejtjei – legyenek bár „őslakosok” a központi idegrendszerben, mint a mikroglia – komoly szereppel bírnak számos idegrendszeri folyamat szabályozásában. Engem például nagyon érdekelt, hogy miért érezzük betegnek magunkat, amikor egy fertőzés megtámadja a tüdőt, vagy mi takarítja el a fejlődő idegrendszerben nagy számban keletkező elhalt sejtek maradványait. Kiderült, hogy mindkét esetben komplex neuro-immun kölcsönhatások állnak a háttérben. Az ilyen kérdések vizsgálatára korábban még nem voltak megfelelő képalkotó, genetikai vagy molekuláris anatómiai módszerek. A közelmúltban bekövetkezett technológiai fejlődés eredményei egyszerre tárták fel a neuro-immun kapcsolatok jelentőségét az idegrendszer működésében és generáltak számtalan új kérdést. Nekünk a mikroglia-idegsejt interakciók vizsgálata került a látóterünkbe. Ennek jelentőségét az adja, hogy egyre több vizsgálat eredménye mutatja a mikroglia szerepét szinte minden idegrendszeri betegség kialakulásában. Ilyenek az ún. fejlődésneurológiai betegségek is, mint az ADHD vagy az autizmus, amelyek esetén a neurológiai tünetek hátterében igazolhatóan az egyedfejlődés során fellépő elváltozások állnak. E betegségek kóroki tényezői között a gyulladásos folyamatok és az immunrendszert érintő elváltozások is kimutathatók.

- Az idegsejtek között kialakuló kapcsolatoknak, az úgynevezett szinapszisoknak több fajtája is létezik. Miben  más az idegsejtek és a mikroglia közti kapcsolat?

Ádám

- Az elmúlt évek során megmutattuk, hogy a mikroglia, amely a központi idegrendszer fő immunsejtje, számos, alapvetően nem immunológiai funkciót is ellát. Ezek közé tartozik például, hogy modulálja az idegsejtek aktivitását vagy az agyi keringést. Korábban mindenki azt gondolta, hogy a mikroglia az idegsejtek életfolyamataiba elsősorban a szinapszisokkal kialakított kapcsolatok révén tud beavatkozni. Ugyanakkor mi a közelmúltban igazoltuk, hogy az idegsejtek aktivitását és a sérült idegsejtek sorsát a mikroglia nagyon speciális sejt-sejt kapcsolatokon keresztül is szabályozza, amelyek a mikroglia nyúlványok és az idegsejtek sejttestje között alakulnak ki. A most megjelent cikk apropója az volt, hogy a fejlődő idegrendszerben akkor is jelen vannak mikroglia-függő hatások – ilyen például az elhalt sejtek eltakarítása, a sejtosztódás, az idegsejtek vándorlása a fejlődő agykéregben vagy integrációjuk egy adott kérgi rétegbe – amikor még nincsenek jelen szinapszisok. Ennek alapján feltételeztük, hogy a felnőtt agyban megfigyelt szomatikus mikroglia-idegsejt kapcsolat, vagy ahhoz hasonló létezhet a fejlődő idegrendszerben is. Innen már csak meg kellett vizsgálni, igazunk van-e.

- És ehhez jól jött Katona Istvánék tapasztalata is!

Csabi

 - Istvánnal, (Lele) Zsolttal és (László) Zsófival régóta tart az együttműködésünk, nagyon jól és hatékonyan tudunk együtt dolgozni. Ez már a korábbi Science tanulmány eseténben is beigazolódott, és a jelenlegi munka során is nagyon sokat jelentett számunkra a közös gondolkodás mellett a fejlődésbiológiai és módszertani tudás is, amit István, Zsófi és Zsolt biztosítottak.

- Ebben a munkában is fontos szerepe van a P2Y12 receptornak (P2Y12R), és a P2Y12KO egerek esetében sérült agykérgi sejtszerkezetet figyeltetek meg. Ilyen egértörzs már évtizedek óta létezik, igen sok kísérletben felhasználták. Vajon miért nem foglalkoztak ezzel mások, mi volt az oka, hogy eddig senki nem írta ezt le?

Ádám

-  Itt fontos a megfelelő kontextus. A P2Y12R KO egeret először a vérlemezke kutatásokban használták, mivel a P2Y12R által érzékelt ADP fontos szereplő a véralvadási folyamatokban – ezt jól mutatja a klinikumban a P2Y12R inhibitorok széleskörű felhasználása is. Csak az elmúlt időszakban tolódott el a hangsúly a mikroglia irányába. Az agyban P2Y12R normális körülmények között csak a mikroglián van, és többek között ahhoz kell, hogy a mikroglia az ATP felszabadulás helyeit érzékelje. Ez azért fontos, mert az ATP alacsony koncentrációban az agy egyik fő kommunikációs „valutája” a sejtek aktivitásának összehangolására, ami nagyon hamar ADP-vé alakul a sejteken kívül. Számunkra meglepetés volt, amikor korábban felfedeztük, hogy a mikroglia P2Y12R segítségével alakítja ki azokat a kapcsolatokat, amelyeken át az idegsejtek működését szabályozza a felnőtt agyban. Innen kanyarodtunk vissza a fejlődő agyhoz, és kezdtük el végignézni az agykéreg fejlődését és a felnőtt kérgi rétegek elhelyezkedését. A fejlődő agyban számtalan többé-kevésbé redundáns mechanizmus áll rendelkezésre, hogy a fejlődés során fellépő zavarok, vagy bizonyos genetikai defektusok következményeit meg lehessen kerülni. Ennek ellenére figyelemreméltó elváltozásokat láttunk a P2Y12R KO egerekben, jelezve, hogy ez a mikrogliális mechanizmus fontos fejlődéstani szereppel is bír. A P2Y12R szerepének felismerése egyébként részben a szerencsén múlott. Még mielőtt hazajöttem Angliából, nekem már kiemelt célom volt, hogy a KOKI-ban felépített molekuláris anatómiai tudást neuro-immun folyamatok vizsgálatára használjuk. Amikor Csabi jelentkezett nálam, hogy szívesen csatlakozna a csoporthoz, pont az első szuperrezolúciós mikroszkópiás képek elemzése zajlott, amin a P2Y12R látszólag kis csomagokat formált a mikroglia nyúlványokon, ahogy megérintették az idegsejtek sejttestét. Nem volt kérdés, hogy elektronmikroszkópia következik. Aztán végül az elektron-tomográfia komoly áttörést hozott, és Csabi segítségével végre három dimenzióban tudtuk megjeleníteni a mikroglia-idegsejt kapcsolatok ultrastruktúráját, amit korábban ilyen módszerrel nem vizsgáltak.

Cikkeitekre jellemző, hogy virtuóz módon használjátok az intézetben elérhető mikroszkópokat, és eredményeitek nem csak jelentősek, de esztétikai élményt is jelentenek. A mikroszkópia eszköztára hatalmas, sok technikát megtanulni se, alkalmazni se egyszerű.

Csabi

-  Körülbelül félévvel azután, hogy Ádám csoportjához csatlakoztam, elmentünk a 2017-es Brain&Brain Pet Meeting-re Berlinbe. A posztereket és előadásokat végigböngészve nagyon meglepett, hogy mennyire nem használták a mikroglia vizsgálatára azokat a nagyfelbontású anatómiai módszereket, melyek mindennapos – szinte kötelező – elemek a legtöbb idegtudományi alapkutatás terén. Ezért különösen hatékonynak bizonyult, hogy sikerült nagyon hamar felépíteni egy meglehetősen erős 3-dimenziós anatómiai metodikai ágat a csoporton belül, a konfokális lézer-pásztázó képalkotástól az elektronmikroszkópián át egészen a transzmissziós elektron-tomográfiáig terjedő repertoárral. Ugyanakkor az elmúlt években komoly konkurencia jelentkezett, mert a neuroimmunológiai vagy éppen mikrogliális folyamatokat célzó kutatásokban markánsan megjelent a fejlett anatómiai módszerek alkalmazása. Ahhoz, hogy továbbra is az élmezőnyben tudjunk maradni, folyamatosan fejlesztenünk kell a mi módszertani palettánkat is, így bele kellett vágnunk a STED szuper-rezolúció alkalmazásába, az ultravékony metszetek beágyazás utáni fluoreszcens jelölésébe, vagy éppen a 3D pásztázó elektronmikroszkópos módszerek alkalmazásába.

Netti

-  A fejlődő idegsejtek és a mikroglia sejtek nyúlványai közti közvetlen szomatikus kapcsolatok vizsgálatához korrelált konfokális lézer pásztázó - és transzmissziós elektron mikroszkópiát alkalmaztunk. Ez komoly módszertani kihívás, de megéri, mert képessé tesz bennünket arra, hogy a fluoreszcens jelzőmolekulákkal  azonosított mikroglia-neuron interakciók ultrastruktúrális jellemzőit is egyszerre meg tudjuk jeleníteni. Így igazolható direkt membrán-membrán kapcsolatok kialakulása, vagy organellumok (sejtszervek, sejtszervecskék) – például mitokondriumok – pontos elhelyezkedése a sejt-sejt kapcsolatok közelében. Korrelált vizsgálati módszerekkel az irodalomban viszonylag ritkábban találkozhatunk a felmerülő technikai nehézségek miatt, amelyek leküzdése nagy motivációt jelentett számomra. Számtalan térképet készítettem, hogy vissza tudjunk találni pontosan ugyanazokhoz a sejtekhez, amelyeket a konfokális felvételeken kiválasztottunk. Amikor végül sikerült azonosítanunk őket, úgy éreztem magam, mint aki megtalálta a kincset a kalóztérkép alapján! 

- Még egy technikainak is mondható kérdés. Néhány éve bevezették az úgynevezett a grafikai absztraktot, mely gyakorlatilag a munkák legfőbb üzenetének képes-rajzos összefoglalója. Minden ábrátok nagyon szép, ez a grafikai összefoglaló is. Nyilvánvaló, hogy elkészítésük külön szakértelmet kíván. Ti hogy oldjátok meg?

Csabi

-   Alapvetően mindannyian vizuális típusok vagyunk, egy szép mikroszkópos kép mellett sosem megyünk el szó nélkül... Ha valaki talál egy érdekes jelenetet, összegyűlünk a monitor előtt, és közösen élvezzük a vizuális élményt. J Ilyen környezetben és ilyen alapanyagból pedig nem is olyan nehéz jó ábrákat készíteni! Persze szükség van még ehhez a vizuális kommunikációhóz való érzékre, és némi képszerkesztő-szoftveres gyakorlatra is. A grafikai absztraktot – azt hiszem a többiek nevében is mondhatom – kimondottan jó újításnak tartjuk, nagyon hatékonyan lehet átadni a tanulmány központi üzenetét.

- Ezzel magam is egyet értek, mégis azt kérem, most szóban foglaljátok össze most megjelent munkátok „üzenetét”!

Csabi

- A jelenlegi tanulmányban sikerült igazolni, hogy mind az embrionális és a posztnatális fejlődés, illetve felnőtt agyban történő neurogenezis során is jelen van a mikroglia nyúlványai és az éretlen, fejlődő idegsejtek sejtteste között egy, a felnőtt agyban már leírt szomatikus junkcióhoz nagyon sokban hasonlító kapcsolat. A kommunikáció a két sejt között ez esetben is P2Y12R-függő, és ezen a jelátviteli útvonal zavartalan működése szükséges a normális agykérgi szerkezet kialakulásához.

Ádám

-  A cikk üzenetének megértéséhez fontos adalék, hogy számos mikrogliális fehérjét érintő mutációnak vannak fejlődéstani következményei, illetve hatásai a neurogeneratív folyamatokra a felnőtt agyban. Ezeket az összefüggéseket csak most kezdjük megérteni - többek között a GWAS (genome wide association study) vizsgálatokból. Ezek arra fókuszálnak, hogy adott gének egyes szakaszain megjelenő pontmutációk milyen összefüggéseket mutatnak a klinikumban bizonyos neurológiai betegségekkel – például az Alzheimer-kór kialakulásával. És miközben 20 éve ismert, hogy ez adott gén mutációi kockázati faktort jelentenek az Alzheimer-kór, a stroke, vagy bizonyos fejlődésneurológiai betegségek esetén, kezd kiderülni, hogy maga a gén dominánsan nem idegsejtekben, hanem a mikroglia sejtekben fejeződik ki! Ezért is lényeges az új megközelítések és módszerek alkalmazása az idegtudományi kutatásokban, valamint az a szemlélet, hogy az idegsejtek állapotának védelme nem képzelhető el a működésükhöz alapvetően szükséges mikrokörnyezet és az ezt biztosító sejtek védelme nélkül.

 

 

<< Vissza

Mikromanipuláció

Csaba Cserép et al, Cell Reports  https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111369