Życie komórki w mózgu zależy od wsparcia innych komórek. Składniki odżywcze zwane czynnikami troficznymi są dla mózgu jak nawóz, utrzymują w zdrowiu sąsiadujące komórki mózgowe. Od dawna uważa się, że w chorobie Huntingtona ten proces przebiega nieprawidłowo, nowe ekscytujące badanie myszy klaruje obraz sytuacji.

Żywność mózgu

Specyficzne komórki mózgu, zwane neuronami, działają przesyłając sobie wiadomości i wykorzystując te wiadomości do obliczeń. Każda aktywność w królestwie zwierząt, od robaka pełzającego w błocie po człowieka piszącego wiersz, zależy od tych komunikujących się ze sobą komórek. Przez połączenia między neuronami - zwane synapsami - wiadomości chemiczne szybko przepływają od nadawcy do odbiorcy.

Wiadomości chemiczne przesyłane między neuronami nazywane są neuroprzekaźnikami - to one leżą u podstaw szybkiej komunikacji w mózgu. Poza neuroprzekaźnikami, komórki wymieniają również inne chemiczne wiadomości. Poprzez synapsy pomiędzy neuronami przebiega więcej niż jeden typ komunikacji, tak jak pojedynczy przewód operatora telewizji może przenosić wiele kanałów.

Jedno z alternatywnych pasm przenosi sygnały, które naukowcy nazywają czynnikami neurotroficznymi. To duże, złożone związki chemiczne, które - w przeciwieństwie do neuroprzekaźników pośredniczących w normalnej komunikacji komórek mózgu - w dużym skrócie mówią tylko jedno: "żyj!".

Wydaje się to nieco dziwne, dlaczego komórki mózgowe miałyby umierać? Jedną z najdziwniejszych rzeczy w ludzkim mózgu jest to, że około połowa komórek, które powstały w Twoim mózgu, umiera nim dorośniesz. Wygląda na marnotrawstwo, ale proces ten utrzymuje mózg pełnym zdrowych, dobrze połączonych neuronów.

Nawet w dorosłym mózgu, komórka odseparowana od pozostałych zwyczajnie obumiera. Głównym sposobem mózgu na kontrolę tego procesu jest programowanie komórek mózgu w taki sposób, aby były one 'uzależnione' do dużych substancji chemicznych uwalnianych w synapsach wraz ze zwyczajnymi neuroprzekaźnikami. Zadaniem tych krytycznych substancji chemicznych jest utrzymanie neuronów w zdrowiu, dlatego naukowcy nazywają je czynnikami neuro-troficznymi (-trophe z greckiego znaczy 'żywić' lub 'karmić').

Na skutek tej pozornie dziwnej konstrukcji, przez nasze mózgi bezustannie przepływają mieszaniny czynników neurotroficznych, każdy neuron nieustannie krzyczy do swoich sąsiadów "Hej! Nie umieraj!".

Istnieje wiele czynników neurotroficznych, o wprawiających w zakłopotanie skrótach (BDNF, GDNF, CNTF, TNF, TGF i tak dalej). Jednym z nich jest 'czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego', BDNF, ma szczególne znaczenie dla choroby Huntingtona.

Krytyczne obwody w mózgu w chorobie Huntingtona

Choroba Huntingtona wiąże się z bardzo konkretnym wzorcem śmierci komórek w mózgu. Najbardziej narażonym regionem wydaje się być prążkowie, małe skupisko komórek znajdujące się głęboko pod powierzchnią mózgu, ulega niemal całkowitej degeneracji w czasie życia osoby z HD.

Większość obszarów mózgu jest ze sobą połączona w skomplikowane obwody, prążkowie odbiera sygnały z kory - charakterystycznej, pomarszczonej powierzchni, najbardziej rzucającej się w oczy z zewnątrz mózgu. Naukowcy uważają, że załamanie komunikacji między korą i prążkowiem może tłumaczyć większość objawów choroby Huntingtona.

Tak jak w przypadku wielu połączeń w mózgu, komunikacja między korą i prążkowiem jest związana z uwalnianiem czynnika troficznego - w tym przypadku BDNF. Komórki kory karmią BDNF komórki prążkowia, stale przypominając im, żeby nie umierały.

Ponieważ komórki mózgu w prążkowiu wydają się u pacjentów z HD tak podatne, ten proces był przedmiotem zainteresowania naukowców badających chorobę Huntingtona. Jeżeli dostarczanie BDNF z kory do prążkowia było w HD w jakiś sposób upośledzone, to czy wyjaśnia to podatność prążkowia?

Wczesne prace BDNF

Już w 2001 roku, grupa naukowców HD kierowana przez prof Elena Cattaneo (Mediolan) uznała, że komórki ze zmutowanym genem choroby Huntingtona wydają się produkować mniej BNDF. Kolejne prace zespołu naukowców kierowanych przez profesorów Sandrine Humbert i Fryderyka Saudou (Francja) sugerują, że komórki ze zmutowanym genem HD, dodatkowo, wydają się mieć problemy z aparaturą odpowiedzialną za transport BDNF.

Duża liczba kolejnych badań sugeruje, że zwiększenie ilości BDNF w mózgu, na zawrotną ilość  sposobów, poprawia stan myszy HD. Wydaje się dosyć jasne, że w przypadku BDNF, więcej znaczy lepiej dla komórek w prążkowiu z HD.

Nowe, zaskakujące odkrycia

Nowe badanie przeprowadzone przez grupę naukowców, którą kierował prof James Surmeier z Northwestern University w Chicago, dodaje istotny szczegół historii BDNF. Do badania synaps pomiędzy neuronami w mózgu myszy zespół Surmeier wykorzystuje zaawansowane techniki. Lasery zamontowane na skomplikowanych mikroskopach pozwalają badaczom włączać poszczególne synapsy i badać zmiany synaps zachodzące w chorobie Huntingtona.

W normalnym procesie mózgu, takim jak uczenie się, zespół Surmeier mógł obserwować wzmacnianie i osłabianie poszczególnych synaps - normalne zmiany leżące u podstaw procesu uczenia się.

Taka elastyczność zdrowej synapsy zanika w określonych synapsach myszy HD, co sugeruje wadliwą komunikację między korą i prążkowiem. Co sprawia, że synapsy w mózgu HD stają się tak oporne na prawidłowe wykonywanie swojej pracy?

Zespół Surmeier rozpoczął poszukiwania przyczyny słabej komunikacji pomiędzy korą i prążkowiem. Kierowany wcześniejszymi ustaleniami, zespół zbadał uwalnianie BDNF.

Niespodziewanie, w badanych mózgach myszy z chorobą Huntingtona zespół Surmeier nie znalazł różnic ilości BDNF produkowanych przez korę. Inaczej, niż obserwowały inne grupy badaczy.

To nie ty, to ja

Czy to oznacza, że BDNF nie ma znaczenia? Zespół Surmeier poszedł o krok dalej, szukano zmian zachodzących wewnątrz komórki podczas odbierania BDNF.

Aby substancje chemiczne, takie jak neuroprzekaźniki i czynniki troficzne, mogły oddziaływać na odbierające je komórki, muszą zostać rozpoznane. Rozpoznanie ma miejsce kiedy komórka przyjmująca substancję ma odpowiedni receptor dla każdego typu sygnału. Jeśli BDNF jest kluczem, 'receptory BDNF' są zamkami na powierzchni komórki, do których pasuje klucz.

Jakby to wszystko nie było dość skomplikowane, to BDNF w istocie pasuje do trzech (lub więcej!) różnych typów zamków na powierzchni komórki. Natura działa w tajemniczy sposób, być może niektóre receptory BDNF, generalnie utrzymujące zdrowe i dobrze połączone neurony, wyłają krytyczną wiadomość "Nie umieraj", podczas gdy inne mówią komórce: "teraz możesz umrzeć!".

Dzięki naturo, żeś taka skomplikowana

Teraz okrojona wersja tego, co odkrył zespół Surmeier: Komórki kory myszy HD wytwarzały odpowiednio dużo BDNF. Komórki prążkowia myszy HD otrzymywały tyle samo sygnałów 'nie umieraj' co komórki prążkowia normalnych myszy. Jednak myszy HD otrzymywały również dodatkową ilość wiadomości 'umieraj', które może wysyłać BDNF.

Kiedy naukowcy zablokowali receptory BDNF inicjujące wiadomość 'umieraj' odkryli, że komórki prążkowia myszy z chorobą Huntingtona stały się bardziej elastyczne, bardziej przypominały te u normalnych myszy.

Dobra czy zła wiadomość?

Raport Surmeier i zespołu, na pierwszy rzut oka, może wydawać się sprzeczny. W chwili rozpoczęcia  badania BDNF spodziewali się znaleźć konkretny rodzaj dysfunkcji a znaleźli coś zupełnie innego.

To w istocie duży postęp, ponieważ pomaga zrozumieć, w znacznie drobniejszych szczegółach, co dzieje się z BDNF u myszy HD. Dodatkowe badania pozwolą wyjaśnić, dlaczego na różnych rodzajach myszy HD otrzymano różne wyniki, co zapewne pomoże naukowcom lepiej zrozumieć rolę BDNF w HD.

Najbardziej ekscytujący w tym badaniu jest oryginalny cel dla mogących powstać leków na chorobę Huntingtona. Zamiast wpompowywać do mózgu jakąś ilość BDNF, naukowcy mogą być w stanie zwyczajnie zablokować ten specyficzny receptor BDNF, który przekazuje komórkom wiadomość 'umieraj'. Ponieważ sygnalizacja BDNF kanałem 'nie umieraj!' przebiegła prawidłowo, możemy domniemywać, że ten rodzaj leczenia poprawiłby stan myszy HD. Spodziewaj się kolejnych ekscytujących wyników BDNF w przyszłości.

Oryginalny tekst dostępny na: http://hdbuzz.net/  Publikacja na HDBuzz: 18 siernia 2014