A titokzatos GnRH

Egy jó cím nem csak irodalmi, de tudományos közlemények esetében is fontos. Ha túl hosszú, túl bonyolult, bizonyosan nem kelti fel annak figyelmét, aki a cikk témájában nem jártas, míg egy jól megválasztott cím könnyen rá tudja venni, hogy legalább a mű összefoglalójába beleolvasson. Valószínű, hogy aki belelapoz a közölt cikkek magas színvonala és a megjelenített sokféle kutatási téma miatt is sokak által olvasott eLife folyóiratba, annak megakad a szeme a Skrapits Kata első szerzőségével megjelent “The cryptic gonadotropin-releasing hormone neuronal system” című közleményen akkor is, ha nem közeli kutatási témájához. Az azonban egyáltalán nem valószínű, hogy a címben rejtőzködőként, titokzatosként jellemzett GnRH, azaz gonadotropin-felszabadító hormon csak annyira is ismert lenne a természettudományok iránt érdeklődő olvasók számára, mint például a hippokampusz.

Hrabovszky Erik, a kutatás vezetője és a cikk levelező szerzője, szerencsére tud érdekes és fontos információval is szolgálni.

- Kezdjük talán azzal, hogy Roger Guillemin, aki a San Diego-i Salk Intézetben, és Andrew Schally, aki New Orleans-ban dolgozott, épp ötven éve izolálták a GnRH dekapeptidet, és igazolták szerepét a szaporodás hipotalamikus szabályozásában.

- Mekkora felfedezésnek számított ez 1971-ben?

- Az endokrin kutatások igazi aranykora volt ez az időszak. Talán elég ha azt mondom, a két kutató 1977-ben Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjban részesült az agyi peptid hormon termeléssel kapcsolatos felfedezéseikért. A GnRH és később kifejlesztett hatékony analógjainak orvosi alkalmazása pedig szinte azonnal elkezdődött.
A felfedezés történelmi jelentőségét jól mutatja, hogy a neuroendokrinológiai kutatások patinás folyóirata, a Journal of Neuroendocrinology idén különszámot is tervez megjelentetni a GnRH felfedezésének 50. évfordulójára. Csoportunk megtisztelő felkérést kapott, hogy a különszámban az emberi GnRH neuronrendszerre vonatkozó ismereteket összefoglalja. Szerencsés egybeesés, hogy eLife cikkünk is ebben a jubileumi évben jelent meg.

- A cikkhez és az elismeréshez is szívből gratulálok!
De térjünk vissza a GnRH analógokhoz és orvosi alkalmazásukhoz. Mondanál ezekre néhány példát?

- A GnRH egy hipotalamuszban termelt neurohormon, amely agyalapi mirigyen elhelyezkedő receptorához kötve a luteinizáló hormon (LH) és a follikulus stimuláló hormon (FSH) termelését serkenti. Mivel utóbbi hormonok az ivarszervek ivarsejt és nemi hormon termelését irányítják, GnRH analógokkal közvetve befolyásolható a here és a petefészek működése. A GnRH receptorán (GnRHR1) ható antagonisták (pl. cetrorelix) az agyalapi mirigy LH termelésének gátlásával felfüggesztik a herék tesztoszteron termelését, ami tesztoszteron-érzékeny prosztatadaganatok gyógyszeresen kezelésében sikerrel kiaknázható. A GnRH szekréció „pulzatilis” mintázatának funkcionális jelentőségére világít rá, hogy a tesztoszteron termelés csökkentése GnRHR1 agonistákkal (pl. buserelin) is hasonlóképpen elérhető. Ilyenkor a serkentő analógok folytonos jelenléte érzéketleníti az agyalapi mirigy GnRHR1 receptorait, aminek ugyancsak csökkent LH és tesztoszteron termelés lesz a következménye. Természetesen az orvosi alkalmazás ennél jóval sokrétűbb. Nőgyógyászatban az endometriózis terápiája vagy a meddőség kezelését célzó ún. „asszisztált reprodukciós módszerek” is alkalmaznak GnRH analógokat. A nemi érés elmaradását okozó genetikai kórképekben (hipogonadotrop hipogonadizmus) vagy központi idegrendszeri eredetű meddőség bizonyos eseteiben hatékony terápiás lehetőség a pulzatilis GnRH ürítést biztosító, bőr alá ültetett GnRH pumpa.

- Csoportotok a GnRH mellett elsősorban az emberi hipotalamusz egy másik hormonját, a kisspeptint termelő idegsejtek kutatásáról ismert.

- Valóban, nemzetközi kapcsolataink és ismertségünk is, főképp a hipotalamusz kisspeptin és GnRH sejtjeinek tanulmányozásán nyugszik. Emberi agyon végzett vizsgálatainkból pedig több review cikket és könyvfejezetet is publikáltunk.
A szaporodásbiológiai kutatások elsődleges fontosságú, régóta tanulmányozott kérdései a reproduktív ciklus nagy részében jelenlévő negatív, és az ovulációt megelőzően átmenetileg fellépő pozitív agyi ösztrogén visszacsatolás keletkezési mechanizmusa. Ugyancsak kevéssé értett a GnRH pulzáló ürítésének, és a pubertás keletkezésének háttere. Valamennyi fenti jelenségben kritikus szerepet játszanak az említett kisspeptin idegsejtek. A kisspeptint vagy annak receptorát kódoló gének hibái emberben a pubertás hiányával és meddőséggel járó hipogonadotrop hipogonadizmust okoznak.

- Milyen közvetlen előzményei voltak az eLife-ban most publikált felfedezéseteknek?

Ilyen vándorló GnRH idegsejteket tanulmányoztunk Paolo Giacobini (Lille, Franciaország) munkacsoportjával kollaborációban, 2016-ban. A Development folyóiratban kb. 8000 olyan GnRH idegsejtet írtunk le, melyek egy korábban nem ismert, dorzális vándorlási útvonal mentén haladva, extrahipotalamikus agyterületeket céloztak meg. Kíváncsiak voltunk, mi ennek a sejtpopulációnak a további sorsa, találhatóak-e GnRH neuronok a hipotalamuszon kívüli agyterületeken a felnőtt emberi agyban.

- Lehet azt tudni, hány GnRH-t termelő idegsejt található az agyban?

- A szaporodás neuroendokrin regulációjáért - emlős fajtól függetlenül -, mindössze néhány száz vagy néhány ezer GnRH neuron felelős. Ezek csaknem kizárólag a preoptikus/hipotalamikus területen helyezkednek el, és axonnyúlványuk az agyalapi mirigy portális érrendszerébe üríti a GnRH neurohormont.

A GnRH lehetséges idegi jelátvivő (neurotranszmitter) szerepét receptorának kiterjedt agyi (pl. hippokampális) előfordulása ugyan már korábban sejtette, azonban a receptorhoz kötődő GnRH peptid forrása ma sem ismert mindazon agyterületeken, ahol GnRH idegsejtek vagy azok nyúlványai nem fordulnak elő. Mindenképp meglepő volt, hogy Katáék sztereológiai módszerrel ilyen nagyszámú, 150-250000 „rejtőzködő” GnRH idegsejtet azonosítottak felnőtt emberi agyminták bazális ganglionjaiban és a bazális előagyban.

- Mi volt az oka, hogy ennyi idegsejtről eddig nem tudtunk?

- Az emberével homológ, extrahipotalamikus GnRH idegsejtek nem fordulnak elő a leginkább vizsgált laboratóriumi rágcsáló modellek agyában. Így a GnRH esetleges nem-reproduktív agyi hatásai sem kaphattak különösebb figyelmet a korábbiakban. A felnőtt emberi agyban észlelt többszázezres sejtszám egyszersmind valószínűtlenné teszi, hogy az extrahipotalamikus GnRH idegsejtek azonosak volnának a fejlődő emberi agy jóval kisebb, orrplakod eredetű GnRH neuron populációjával.

- Milyen egyéb fontos megfigyeléseket tettetek még?

- A humán szövetminták GnRH idegsejt populációi jelentősen átfednek a korábbról ismert kolinerg idegsejtcsoportokkal. GnRH immunreaktivitást mutattunk ki a Meynert mag projekciós neuronjainak egy alcsoportjában, legnagyobb számban pedig a putamen kolinerg interneuronjai (ChIN) között találtunk GnRH-t termelőket.

- És mit sikerült kiderítenetek az extrahipotalamikus GnRH neuronrendszer szerepéről?

- Skrapits Katáék megfigyelései azt bizonyítják, hogy az agyi GnRH jelátvitel nem csupán a reprodukció irányításában, hanem két másik agyterület, a striatális és bazális előagyi neuronkörök peptiderg szabályozásában is szerepet játszik.

- Sikerült idegi jelátviteli útvonalat is igazolnotok?

- A peptiderg jelátvitel pontosabb szerepének feltárásában a legnagyobb akadályt a fiziológiai állatmodellek hiánya jelenti. Mint említettem, ezidáig csupán főemlősök agyában írtak le hasonló, hipotalamuszon kívül elhelyezkedő GnRH idegsejteket. Elektrofiziológiai vizsgálatok végzésére beállítottunk egy újszülött egérmodellt, melyben Farkas Imrének a kolinerg interneuronokra gyakorolt, átmeneti GnRH hatást sikerült is kimutatnia. Ezen modell relevanciája a felnőtt emberi agyon kapott elsődleges észleletekre nyilvánvalóan kérdéses.

- Milyen kísérletekkel tudtátok végül azonosítani a GnRH hatás célsejtjeit?

- Egy újgenerációs, minőségi és mennyiségi RNS-kimutatásra alkalmas eljárást, az RNS-seq-et alkalmaztuk a humán putamen méret alapján azonosított és lézeres mikrodisszekcióval (LCM: laser capture microdissection) izolált idegsejtjein. Ennek eredményéből tudjuk, hogy az emberi putamen kolinerg interneuronjaiban termelt GnRH GNRHR1 autoreceptoron keresztül fejtheti ki hatását a striatális funkciókra. GNRHR1 mRNS a kolinerg neuronok elsődleges célsejtjeit alkotó tüskés projekciós neuronokban ugyanakkor nem volt jelen.

- Cikketeknek sok szerzője van, ami az alkalmazott technikák sokféleségét tekintve nem is csodálható. Mindnyájan megérdemlik, hogy az elért eredmények mellett nevük is szerepeljen!

- A Reproduktív Neurobiológia Laboratórium valamennyi tagja és külső társszerzők egyaránt részt vettek a munkában.
A laboratóriumi és intellektuális munka tekintélyes része Skrapits Kata nevéhez fűződik. Génpuska alkalmazásával Takács Szabolcsnak sikerült megjelenítenie az extrahipotalamikus GnRH neuronok dendritfájának finomszerkezeti jellemzőit, és szintén ő mutatta ki in situ hibridizáció használatával, hogy a putamen GnRH tartalma a GNRH1 és GNRH2 gének közül az előbbi terméke. Azt, hogy e sejtek a teljes hosszúságú, 10 aminosavból felépülő, valódi GnRH dekapeptidet tartalmazzák, Tóth Blanka (BME) tömegspektrometriai mérései igazolták. Rumpler Évi nemrég szerezte meg PhD fokozatát. Ő többek között az immunhisztokémiai kontroll vizsgálatok elvégzésével járult hozzá a projekt sikeréhez.
A módszertanilag legnagyobb kihívást jelentő RNS-seq kísérletekhez megfelelő megőrzöttségű szöveti RNS-t tartalmazó agyminták gyűjtésére volt szükség. Ezt magam végeztem az I.sz. Patológiai és Kísérleti Rákkutató Intézetben dolgozó Dr. Matolcsy Andrással és Dr. Rácz Gergellyel. A lézeres mikrodisszekciót (LCM) Göcz Balázs hajtotta végre. Az RNS-seq módszertan kivitelezhetősége post mortem mintákon nem evidens, ezért új módszertant is ki kellett dolgoznunk. Ezt a munkát, melyre minden munkatársunk számottevő időt és energiát fordított, Sárvári Miklós irányította.

- Hatalmas munkát végeztetek! Milyen egyéb eredményt emelnél még ki, amiről eddig nem esett szó?

- A projekt járulékos hozadéka az emberi putamen tüskés projekciós neuronjainak és kolinerg interneuronjainak transzkriptomikai jellemzése, a szekvenálási (RNS-seq) adatok teljeskörű közzétételével. Sejttípusonként ~13000 különböző hírvivő RNS transzkriptumot tudtunk kimutatni és mennyiségileg jellemezni. A vizsgált neuronok neurotranszmitter és neurotranszmitter receptor tartalmából kiindulva pedig felállítottuk a két sejttípus ún. molekuláris konnektom modelljét is.

- Merre haladnak a laboratórium mostani kutatásai?

Módszertani fejlesztések révén közel kerültünk ahhoz a célhoz, hogy bonctermi szövetmintákban immunhisztokémiai módszerrel azonosított emberi idegsejt típusok (pl. GnRH és kisspeptin neuronok) transzkriptomikai vizsgálatát is el tudjuk végezni. Rágcsálókon jelenleg az agyi ösztrogén visszacsatolás molekuláris hátterét kutatjuk. Bírálat alatt van a Göcz Balázs elsőszerzőségével benyújtott munkánk, melyben a kisspeptin idegsejtek ösztrogén-függő génjeit azonosítottuk. Ugyancsak az RNS-seq módszertan alkalmazásával törekszünk olyan klinikai jelentőségű problémák funkcionális hátterének feltárására is, mint a magas prolaktin szint, kalóriamegvonás, vagy policisztás ovárium szindróma okozta meddőség.