Ki-kivel van? Az agyi kapcsolatok felderítésének módszerei I.

2022. november 15. kedd

Az anatómusok arzenáljának egy eddig nem említett fontos elemei a különböző kapcsolat és pályakövető eljárások. Ugye, mint korábban vázoltuk egy rendszer megértésében az elemek lajstromozása után a következő lépés az az, hogy melyik elem melyikkel van összekötve. A kapcsolatok lehetnek helyi kapcsolatok különböző sejtek között, illetve távoli kapcsolatok agyterületek között.
Az egy adott területen található idegsejtek helyi kapcsolatainak kvalitatív (leíró jellegű, milyen típusok léteznek) és kvantitatív (megszámoló, melyikből mennyi van) felderítésére más módszereket használnak, mint az agyterületeket összekötő pályák, vetítések vizsgálatára.

A sejtek közötti kapcsolatok felderítése
A legkorábbi módszer, ami alkalmas volt idegsejtek finom nyúlványrendszerének megjelenítésére és ezért a sejtek közötti kapcsolatok felismerésére és leírására, a Golgi festés volt. Jelentős szerepet játszott a XIX. század végén a neuronális – retikuláris vitában, azaz abban, hogy az idegsejtet egyedi, egymástól elválasztott idegsejtek alkotják vagy pedig a sejtek egy folyamatos hálózatot alkotnak. A festést Camillo Golgi olasz anatómus dolgozta ki és a retikuláris elmélet mellett érvelt vele. De végül ugyanezt a festést használva Santiago Ramon y Cajal spanyol anatómus sikeresen érvelt a neuronális elmélet mellett azzal, hogy megmutatta az érintkező nyúlványok között rések, szinapszisok találhatók. Szentágothai János, ki a napokban lett volna 110 éves, a Golgi festés használatával írta le az agykéreg és a kisagy szerkezetét.


Ez a festés bár gyönyörű, de sajnos teljesen véletlenszerűen jelöli a sejteket és így, ha az összes sejttípus lehetséges kapcsolatrendszerét kívánnánk leírni sokat kellene várnunk. Amikor megjelent az immunfestés (lásd) és annak lehetősége, hogy egyes sejtcsoportokat és nyúlványrendszerüket célzottan megjelenítsük a kapcsolatok felderítése magasabb fokozatba kapcsolt. Kettős immunfestéssel az egyik sejttípust barnára, a másikat pedig feketére festve felderíthető és számszerűsíthető a sejtek kapcsolatrendszere: mely sejtek mely másik sejtnek melyik részén és hány kapcsolatot alkotva végződnek. A kétfajta immunfestés elektron mikroszkópban is elkülöníthető és a szinapszisok jelenlétét ezen a szinten lehet bizonyítani.
De az elmúlt évtizedben kidogozott transzgénikus és mikroszkópos technikák ezt a módszert is nyugdíjazták. A Nobel díjjal jutalmazott zöld fluoreszcens fehérje és népes családja lehetővé teszi, hogy párhuzamosan infravörös/vörös/sárga/zöld/kék és ibolya színben jelentessünk meg a sejteket és nyúlványrendszerüket, azáltal, hogy az egyes sejttípusokban más színben fluoreszkáló fehérjéket fejeztetjük ki (erről bővebben, később). Ráadásul a kapcsolatok bizonyításához manapság már elektronmikroszkópra sincs szükség. A fluoreszcens mikroszkópok továbbfejlesztett változata a konfokális mikroszkóp (hamarosan erről is írunk) pont addig tolta a látható fény által alkotott kép felbontását, hogy már egy ilyen fénymikroszkóppal is kimutathatunk két sejt között szinapszist, sőt képfeldolgozással még félautomatikusan meg is számolhatjuk hány szinaptikus bemenet érkezik mondjuk egy gátlósejt-típustól egyetlen serkentő sejtre. Itt a biztonság kedvéért egy plusz trükköt kell használni. Az egy dolog, hogy látom, hogy egy zölddel jelölt axonterminális nekifekszik egy pirossal jelölt dendritnek, de óvatos duhajként (merthogy a kutatók azok) meg kell győződjek arról, hogy nem csak egymás mellett van a két elem, hanem hogy ott valóban szinapszis is van. Számtalan olyan fehérje létezik, amely csak a szinapszisokban található: átvivőanyag receptorok receptorok, szinaptikus hólyag fehérjék, sejtfelszíni kapcsoló molekulák, stb. Ráadásul, ezek a fehérjék mások a serkentő és a gátlósejtekben! Ha a feltételezett kapcsolatot alkotó axont és dendritet jelölő eltérő színű fluoreszcens festékek mellett még egy másik színnel a szinapszisban található fehérjét is megjelölöm egy harmadik színnel (leggyakrabban fluoreszcens immunfestéssel), akkor bizonyíthatom a két elem között a szinapszis (aktív kapcsolat) jelenlétét, sőt még azt is hogy az serkentő vagy gátló kapcsolat-e. Ha mondjuk zöld axon és a piros dendrit között mint a szendvicsben a sonka, ott van a kékkel jelölt GABA receptor is, akkor egy gátló bemenetről van szó, ha nincs ott akkor csak véletlen túl közel futott a két nyúlvány, de kapcsolatot nem létesítettek. Ha egy képfeldolgozó algoritmussal megnézem, hogy hány helyen található kék pixel piros és zöld között, akkor még automatikusan meg is számolhatom hány ilyen kapcsolatom van. Nem csoda tehát hogy az agyi kapcsolatrendszer, a konnektóm mehatározása rohamléptekben halad.

 



Az agyterületek közötti kapcsolatok felderítése
Annak megállapítására, hogy mely agyterületek vannak összekötve egymással részben eltérő módszereket kell használni mint a helyi kapcsolatok meghatározásához. Itt ugye azt kell felderíteni, hogy mely agyterületről indulnak axonok, merre futnak és hol végződnek. Egy pálya vajon csak egy célterületre vetít vagy elágazik és több helyre is?


Az axonok lefutását két alapvető módon lehet követni: 1) ha az axont elvágjuk akkor a sejttesttől távolabbi része elpusztul, majd lebomlik (degenerálódik) és ezt megfelelő festéssel ki lehet mutatni. 2) az axonokban kétirányú anygaszállítás (transzport) zajlik és a különböző jelölőanyagokat előre vagy visszafelé szállítják. Vannak anyagok, amelyek a sejttestből az axonterminálisok felé áramlanak (anterográd transzport, ezek az axon felépítéséhez és működéséhez szükségesek anyagok, leggyakrabban fehérjék) és vannak anyagok amik az axonvégződések felől a sejttest felé áramlanak (retrográd transzport). Megfelelő anyagok sejttestbe, vagy az axon végződésének területére juttatva a pálya lefutása, illetve a pályát indító idegsejtcsoportok felderíthetők.


Axondegenerációt pályafelderítésre először August Volney Wallner, angol élettanász használt. Jóval később Szentágothai János és tanítványai (Halász, Fleró és Mess) is ennek segítségével írták le a hormonrendszer szabályozásában alapvető hipothalamusz-hipofízis rendszer szerkezetét és működését.

 


Finomabb felbontás és többszörös pályakövetés vált lehetővé amikor több olyan anyagot találtak, melyeket az idegsejtek csak a sejttestből az axon felé (anterográd) vagy az axonvégtalpak felől a sejttest felé (retrográd) szállítanak. Ha például egy babból kivont lektint, a PHAL-t juttatjuk be az idegsejtek közé akkor azok felveszik azt és a sejt teljes nyúlványrendszerét kitöltik. A PHAL-t azután immunfestéssel megjeleníthetjük és megnézhetjük mely agyterületekre jutott el. Ha a célterületen található idegsejteket egy másik színnel megjelöljük, akkor még azt is megállapíthatjuk, hogy a pálya mely sejttípusokon végződik. Ha arra vagyunk kíváncsiak, egy terület honnan kap jeleket, akkor más anyagokat: torma egyik enzimét (HRP) vagy wheat-germ-agglutinin-t (WGA, búzacsírából kivont és a vértesteket összecsapó hatású anyag) kell a sejtek közé juttatni. Ezt az ide futó axonok felveszik és visszaszállítják anyasejtjükhöz, ahol megfelelő festéssel ki lehet mutatni ezen felhalmozódó anyagokat, sőt kettős festéssel azt is azonosíthatjuk, hogy ez a pálya milyen sejttípusból eredt.

 

Immunfestett idegsejt, melyen egy másik agyterületről érkező axonok végződnek. A sejtben található fekete szemcsék azt  jelzik hogy ugyanaz a sejt vetítő axonokat is küld arra a területre ahonnan a bemenetet kapja. A kapcsolat tehát köcsönös a két agyterület között, ráadássul egy sejttípus vesz benne részt.

 

 

Közbevetés: A lektinek
Épp az imént két olyan növényi anyagot is felsoroltunk (PHAL és WGA) ami szeret hozzákötődni az idegsejtek felszínéhez. Mind a kettő a lektinek családjába tartozik. A lektinek a növények védekező rendszerének tagjai. Egyik növény sem kedveli, ha megeszik. Mivel elfutni nem tud ezért mérgeket termel, hogy a támadója rosszul érezze magát miután evett a növényből. Vannak gyorsan ható mérgek, mint például a krumplifélék atropinja, a mákfélék opiátjai vagy a gombák (ugyan ők nem növények, de ők sem tudnak elfutni) muszkarinja. De van a növényi mérgeknek egy gyenge, gyorsan ható családja a lektinek, melyek a növényevők bélfalához, idegsejtjeihez és immunrendszerük fehérvérsejtjeihez tapadva okoznak zavarokat. A manapság sokat emlegetett gluténnek is ilyen tulajdonságai vannak. De ide tartoznak a csírázó gabonafélékben található búzacsíra agglutininek (WGA) és az összes hüvelyesben, kisebb nagyobb mértékben megtalálható egyéb lektinek (például a PHAL vagy VVA).
Amikor ezeket megesszük, belünk sejtfalához kötődnek és az érzékenyebb emberekben bélgyulladásokat, autoimmun betegségeket és egyes eredmények szerint még neurodegeneratív betegségeket (Alzheimer és Parkinson kór) is kiválthatnak.

Erre biztos sokan felhördülnek: No de hát, ha a lektinek, pl a glutén, meg a hüvelyesek alkotói gyenge mérgek, akkor miért esszük meg őket? Az európai kultúra gyökere a gabona, nem?
A helyzet az, hogy a hagyományos táplálkozásban a kenyeret kovásszal, több napos kelesztéssel készítették. A kovász egy összetett mikrobiológiai életközösség és a benne található élesztőgombák és tejsav baktériumok lebontják a glutént, eltüntetik a lektint. A hüvelyesekben található lektinek főzés során elbomlanak. Kivéve a szójabab lektinjeit… Csak az európai ember eszi meg a szójababot teljes lektintartalmával együtt az ételeihez adott szójaliszt formájában (ami a világháború alatti fehérjehiány pótlására használt a hadigazdaság). Ázsiában, ahol a szója alap élelmiszer, azt mindig erjesztett (lektinmentes) formájában fogyasztják (szójaszószként, natto-ként, tofu-ként, tempeh-ként vagy csíráztatás után csíraként), mert tudják, hogy a kezeletlen szójabab gyengén mérgező. Nem csoda, hogy fogyasztói társadalmunkban, ahol a kenyeret szódabikarbonával (még csak nem is élesztővel) készítik mindenki gluténallergiás, hiszen a kenyérkészítés kulcslépése, a glutén lebontása kimarad.

 

Ezzel még nincs vége a pályakövetési eljárásoknak. A legfirnyákosabb dolgok még hátra vannak. Várjátok a következő bejegyzést! Abban lesz Drakula is (november 18.án)!!

Korábbi hozzászólások
Még nincsenek hozzászólások
Új hozzászólás
A hozzászólások moderáltak, csak az Admin jóváhagyása után jelennek meg!