A mikroglia, ami még az agyi keringésbe is beleszól
A mikrogliáról, a központi idegrendszer fő immunsejtjéről Dénes Ádám csoportjában tudnak a legtöbbet. Legújabb felfedezésük, hogy a mikroglia az idegsejteken kívül agyi erekkel is kapcsolódhat, és részt vehet az agyi keringés szabályozásában is!
A mikrogliáról, a központi idegrendszer fő immunsejtjéről Dénes Ádám csoportjában tudnak a legtöbbet. Legújabb felfedezésük, hogy a mikroglia az idegsejteken kívül az agyi erek számos sejtjével is képes közvetlen kapcsolatot kialakítani, és részt vehet az agyi keringés szabályozásában is!
"- Hát - mondja a tanár, és gondolkodva húzza a szót -, majd valami érdekes példát veszünk..." Az idézetet mindenki ismerheti, Karinthy Tanár úr kérem című remekének egyik elbeszéléséből, A jó tanuló felelből vettem.
Az nem is kérdés, hogy a mi esetünkben a természet a tanár, és a legjobb kutató is csak diák, ha mégoly kiváló is. A mondatot az "érdekes" jelző miatt idéztem. Egy tanár gondolkodhat azon, hogy érdekes, azaz kellően bonyolult feladatot adjon-e diákjának, vagy egy kevésbé érdekeset, amit az akkor is meg tud oldani, ha nem ő Steinmann. Egy kutató esetében azonban a legegyszerűbb dologról is hamar kiderülhet, hogy bonyolult, a megoldottnak vélt egyenleteket újra kell számolni, mert újabb ismeretleneket fedeztünk fel mi vagy mások, és a tananyagot nem azért kell átírni, mert valamiből a tankönyvírónak is élnie kell, hanem azért, mert tudásunk nem abszolút.
"Vegyünk egy kúpot" - mondta a tanár az elbeszélés szerint, és "vegyük a mikrogliát" gondolhatta jó tíz éve Dénes Ádám, aki igazán jó tanuló módjára halad előre lelkes csapatával, de attól, hogy a megoldott feladat után elégedetten és szerényen leülhessen, még messze van.
A közelmúltban megjelent és széles körben ismertté vált Nature Communications cikkükben feltárták, hogy mikroglia hiányában a stroke (szélütés) következtében kialakuló agyi sérülés nagyobb sejtpusztulással jár, az idegsejtek aktivitása szabályozatlanná válik, és ez a stroke kimenetelének súlyosbodásához vezet. Mindez arra utal, hogy a mikrogliának kiemelten fontos szerepe van az idegsejtek működésének szabályozásában. Azt a felfedezésüket, mely leírja, hogy a mikroglia nyúlványok mennyire intim kapcsolatba kerülhetnek a környező neuronokkal szomatikus kapcsolatokon keresztül, a Science közölte 2020-ban. Ezt a munkát Cserép Csaba és Pósfai Balázs jegyzi elsőszerzőként. A Journal of Experimental Medicine-ben most megjelent cikk elsőszerzői Császár Eszter és Lénárt Nikolett, vagyis két hölgy, ahogy Dénes Ádám udvariasan szólítja őket. Az alapvető felfedezéseket tartalmazó munka azt bizonyítja, hogy ezek az igen mozgékony és változékony mikrogliasejtek a neuronok mellett az agyi vérerekkel is képesek közvetlenül érintkezni, és ennek komoly élettani és patológiai jelentősége van.
Kérdéseimre Eszter és Niki, mint "megosztott első szerzők", választ is közösen adtak.
- Miért kezdtétek el a vérerek-vaszkulatúra - keringés és a mikroglia kapcsolatát vizsgálni?
Niki / Eszter
- Amikor 2015-ben elkezdtük felderíteni a mikroglia szerepét a stroke-ot követő agyi sérülésben, meglepetésünkre azt láttuk, hogy mikroglia hiányos állatokban a stroke-ot követően a sérülés mértéke, vagyis az elhalt agyi terület sokkal nagyobb, de arra utaló jeleket, hogy ezt a vér-agy gát fokozott sérülése okozta volna, nem találtunk (Szalay et al. Nat Commun. 2016).
A hisztológiai vizsgálatok során ekkor figyeltünk fel arra, hogy a mikroglia számos neuronnal és agyi érrel képes egyszerre kapcsolódni. Ez az ideális anatómiai elhelyezkedés felvetette annak lehetőségét, hogy a mikroglia potenciálisan részt vehet az agyi keringés szabályozásában is. Ezért párhuzamosan, két szálon haladva kezdtük a mikroglia-neuron és a mikroglia-vaszkuláris kapcsolatok témakörében a vizsgálatokat, csak az előbbit jóval hamarabb, már 2020-ban sikerült publikálnunk.
- Az agy mindenképp páratlan szervünk, a vérkeringése sem teljesen olyan, mint a szervezetben másutt. A vér-agy gát fontosságáról lehet olvasni, de ti neuro-vaszkuláris csatolást, hiperkapniát is vizsgáltatok! Elmagyaráznátok, ezek mit jelentenek?
- Az agyi véráramlást komplex, többnyire egymással átfedő mechanizmusok szabályozzák.
Az egyik legfontosabb ilyen mechanizmus a neurovaszkuláris csatolás, ami a neuronális aktivitás és az agyi véráramlás kapcsoltságát jelenti. A kapcsolat megfelelő működését a neurovaszkuláris egység további sejtjei, az agyi érendotél sejtek, periciták és asztrociták biztosítják. Lényege, hogy a folyamatos „alap” agyi véráramlás biztosításán felül, az agy rendelkezik egy olyan véráramlás szabályozási mechanizmussal, ami a lokálisan megnövekedett neuronális aktivitásra azonnal képes lokális véráramlás növekedést kiváltani, ezzel biztosítva a fokozottan aktív idegsejtek megnövekedett energiaigényét.
A neurovaszkuláris csatolás lokális véráramlásnövekedést kiváltó hatásával ellentétben, a hiperkapnia globális véráramlás növekedést okoz az agyban. A légköri CO2 szintnél (0.04%) magasabb CO2 tartalmú levegő belélegzésének hatására a vérben megnő a CO2 parciális nyomása, és ez 45Hgmm felett különböző metabolikus folyamatokon keresztül az agyi erekben azonnali dilatációt - tágulást - idéz elő. Mivel már kis mértékű parciális CO2 változás is jelentős véráramlás növekedést indukál az agyban, ezért kiválóan alkalmas fiziológiás körülmények között a globális agyi véráramlás vizsgálatára.
- Köszönöm! Mit lehetett eddig tudni ezekben a mikroglia szerepéről?
- A mikroglia eddig egyáltalán nem szerepelt funkcionális tényezőként az agyi véráramlás szabályozásában. Alapvető felfedezésnek számít, hogy bizonyítottuk aktív közreműködését az előbb ismertetett fiziológiás folyamatokban, azaz a neurovaszkuláris csatolásban és a hiperkapnia-indukálta vazodilatációban.
A felfedezés jelentőségét jól mutatja, hogy a mikroglia megváltozott aktivitása, a csökkent agyi keringés (hipoperfúzió), valamint a neurovaszkuláris csatolás károsodása, gyakran már jóval az első neurológiai tünetek megjelenése előtt detektálható olyan gyakori és közismert idegrendszeri kórképek esetében, mint az Alzheimer-kór, a vaszkuláris demenciák, vagy a stroke.
A mikroglia agyi erekkel való fiziológiás és patológiás folyamatainak megértése és feltárása tehát alapvető fontosságú minden csökkent agyi keringéssel jellemezhető idegrendszeri betegség jövőbeni terápiájának kidolgozásához.
- Mit tartotok Ti a legfontosabb-meglepőbb eredménynek?
- A cikk leglényegesebb megállapítása az, hogy a mikroglia a neurovaszkuláris egység sejtjeivel való komplex, purinerg mechanizmusok és kapcsolatok révén képes szabályozni az agyi keringést. Itt természetesen még számos feltáratlan részlet maradt.
A felfedezésnek komoly klinikai vonatkozásai lehetnek. Többek között, a mikroglia megváltozott aktivitása az agyi keringés modulálásán vagy a csökkent perfúzióhoz történő adaptáción keresztül befolyásolhatja a demenciák, a stroke vagy az átmeneti agyi keringési zavar (transient ischemic attack, TIA) klinikai kimenetelét is.
Eredményeink alapján azt is feltételezzük, hogy a mikrogliának aktív szerepe lehet két másik agyi eseményben is, melyek kialakulása máig tisztázatlan.
Az egyik az agyi artériák elzáródását okozó vérrög eltávolítása után gyakran fellépő "no-reflow" jelenség, amikor az agyi keringés csak a nagy erekben áll helyre, a kis erekben (kapillárisokban) azonban nem. A kapillárisok falai összehúzódva maradnak, ami tartósan csökkent agyi véráramláshoz vezet.
A másik, a stroke-nál ritkábban előforduló "subarachnoidalis haemorrhagia", amikor az erek falának megrepedése következtében alakul ki koponyaűri vérzés, és ezután következik be az agyi erek görcsös összehúzódása (cerebrális vazospazmus), mely az agyi véráramlás jelentős csökkenésével jár.
- Szeretnénk részletesebben megismerni a mikroglia-vaszkuláris, valamint a mikroglia - idegsejt interakciókat, és feltárni a komplex, sejt szintű folyamatok hátterében meghúzódó szabályozó mechanizmusokat. Ennek érdekében már aktívan dolgozunk új állatmodellek fejlesztésén és alkalmazásán, in vivo képalkotó módszereket és molekuláris biológiai megközelítéseket próbálunk ki.
- Nagyon tetszik, hogy ragaszkodtatok a közös válaszhoz, de megtudhatnánk, hogyan alakult ki ez a megosztott elsőszerzőség?
Eszter:
Amikor az eredményekből arra következtettünk, hogy jó irányba haladunk, és további, sok időt és munkát igénylő in vivo kísérletekre lesz szükség, Niki csatlakozott a nagyobb felbontású, kisebb agyterületeket vizsgáló in vivo kétfoton mikroszkópos mérésekkel. Ettől kezdve párhuzamosan végeztük az in vivo egér kísérleteket, én LSCI-vel, ő pedig kétfoton mikroszkóppal.
Niki :
- Úgy érezzük, hogy a megosztott első szerzőség tükrözi az általunk befektetett kísérleti és szellemi munka mennyiségét. Laborunkban egyébként is hagyománya van a könnyebben koordinálható, néhány labortag által vitt tematikus projekteknek.
- És mi a hagyomány a folyóiratválasztás esetében? Ki dönti el, hova külditek be a cikket?
Niki / Eszter:
- Természetesen minden esetben konszenzus előzi meg az egyes cikkek beküldését! A J Exp Med-ben történő megjelenést azonban komoly küzdelem előzte meg. Előtte egy másik nagy presztízsű újságnál, kimerítő revíziós procedúrát követően, olykor tudományos érveket nélkülöző, mondvacsinált indokokra hivatkozva utasították el. Nehéz és küzdelmes három év áll mögöttünk, ugyanis ennyi idő kellett ahhoz, hogy a felfedezésünk megtalálja az útját a tudományos közösséghez!
- Minden jó, ha a vége jó! Úgy tűnik, nagyon jól tudtok összedolgozni, és mindenki több módszerben is otthon van, mi több, azokat magas szinten műveli. Van-e olyan technika, amit hasonló kutatásokhoz mindenkinek tudnia kell/ene manapság, ha sikeres akar lenni? Mi a véleményetek, mennyire kell - lehet - szabad specializálódni?
- Ádám vezetésével egy olyan inspiráló, kreatív szellemi műhely alakult ki, melynek munkájában valóban megtiszteltetés részt venni.
Kiváló szakmai irányító tevékenysége nyomán egy jól együttműködő közösség alakult ki, amelyben mindenki egyéni, de egymást jól kiegészítő módszertani tudással, tapasztalattal rendelkezik. Ez teret enged az egyéni fejlődésnek, ugyanakkor nem kívánja meg a laborban alkalmazott valamennyi módszer professzionális elsajátítását. Így hatékonyabban dolgozunk, és a komplex, sok módszer alkalmazását kívánó anyagokat is rövidebb idő alatt tudjuk közölni. Ezért véleményünk szerint nem feltétlenül szükséges valakinek túl sok irányba specializálódni, abban a néhányban viszont, amiben kompetens, nagyon jónak kell lenni.
- Végül, de nem utolsósorban, halljuk Dénes Ádám véleményét!
Ádám:
- A lányok mindent nagyon pontosan és érthetően összefoglaltak, rám itt már nincs nagy szükség…
- Akkor hadd kérdezzem meg, mi volt a Te véleményed az elfogadással kapcsolatos Canossa-járásról?
- Ezt valóban fontos elmondani. Saját pályafutásom során nem sok ennyire nehéz és hosszadalmas publikációs folyamatot láttam, aminek hátterében ebben az esetben nem az anyag szakmai minősége, hanem egyértelműen a munka újdonságtartalma, és a tématerületet uraló, sokszor több évtizedes cikkek alapján kialakult, elavult tudományos vélemények álltak. Ahogy Niki is említette, a cikket már három éve próbáltuk közölni. Az egyik vezető szaklapban már egy közel egy éves revíziós procedúrán is átmentünk, miközben a bírálók tudományos elfogulatlanság jegyében próbáltak "segíteni" nekünk. . .
Végül egy professzionális bírálati procedúra után a J Exp Med, az egyik legnívósabb és legrégebben működő orvostudományi szaklap fogadta el közlésre az anyagot.
- Tanulság?
- E kutatás során igazán megtanultuk, hogy a komplex élettani folyamatok a valóságban még sokkal bonyolultabbak, mint gondolnánk, amiben komoly tényező a biológiai folyamatok egymásra épülése (redundanciája) és a beépített szabályozó rendszerek közti nagyfokú kompenzáció. Ebben az esetben az agyi vérkeringés „beépített” állandósága, amit az autoregulációs (önszabályozó) folyamatok nagyon stabilan működtetnek egy széles, szisztémás vérnyomás-tartományban, egyben meg is nehezíti e folyamatok mechanizmusainak izolált vizsgálatát. Az, hogy ebben az agyi immunsejtek ilyen fontosak lehetnek, nekünk is meglepő felfedezés volt. Ezért is volt olyan nagy szükség a legmodernebb képalkotó módszerek, mikroglia-manipulációs technikák, és a molekuláris anatómia bevetésére is, egy igazi csapatmunka keretein belül.
- A "kell egy csapat" sosem csak a sportokra volt igaz!
- Én nagy hálát érzek a kollégáim elkötelezettsége és érdeklődése miatt, ami minden nehézségen átlendített.
Ezért is érzem úgy, hogy külön köszönetet is érdemel Eszter és Niki odaadó, állandóan megújuló és kihívásokkal szemben ellenálló hozzáállása, ami nélkül ez a kutatás nem jelenhetett volna meg ilyen komplex módon, és ilyen kiváló újságban. Nagy emberi erőpróbát álltak ki, büszkék lehetnek magukra minden szempontból.
Azt látom, hogy a tudományban és az élet sok más területén is, az attitűd nagyon nagy szereppel bír, ugyanis a járatlan úton az érdeklődés, az állhatatosság és a kitartás legalább olyan fontos, mint a tehetség maga. Öröm látni, hogy a hölgyek egyikből sem szenvednek hiányt.
a, Agykérgi érhálózat (zöld) in vivo két-foton mikroszkópiával készített 3D rekonstrukciója. A mikroglia (piros) sejtek az érhálózat valamennyi szakaszával funkcionális kapcsolatban vannak. b, A mikroglia és az endotélsejtek között kialakuló specifikus anatómiai kapcsolat nagy felbontású elektron tomográfiás képe. c, Hiperkapnia-indukálta vazodilatáció során in vivo két-foton mikroszkópiával készített felvételek kontroll és diszfunkcionális mikrogliával (P2Y12R KO) rendelkező állatokból. (Pirossal az éppen dilatáló agyi ér látható.) d, Ismételt, tranziens egyoldali Arteria Carotis Communis okklúzió során tapasztalt csökkent agyi perfúzió mikroglia megfosztott és kontroll állatokban Laser Speckle Contrast képalkotással.