Regeneracja mózgu

Mózg jest organem tajemniczym i jego poznawanie nigdy się nie skończy. Rozwój i regeneracja mózgu są u jądra tej tajemnicy. Aby zrozumieć skomplikowane tajemnice, trzeba badać jak najprostszy ich model. Stworzenie, które jest z nami wystarczająco blisko spokrewnione, czyli jest kręgowcem, ma mózg i jest szczególnie zdolne do regeneracji. Trzeba tu zatrudnić aksolotla, czyli niewielkiego wodnego płaza, będącego w sumie larwą salamandry, ale zdolną do samodzielnego rozrodu.

Niedawno pisałam na tych łamach o niezwykłych i jednocześnie bardzo obiecujących wstępnych badaniach na gryzoniach, u których wywołano udar mózgu, a następnie zastosowano terapię umożliwiającą nieznaczną, a jednak bardzo potrzebną regenerację uszkodzonych neuronów chorego zwierzęcia. W opisywanych przeze mnie wtedy doświadczeniach uszkodzenia po niedawno przebytym udarze niedokrwiennym były naprawiane poprzez tworzenie nowych połączeń neuronalnych i zwiększanie migracji nowo powstających neuronów pochodzących z neuronalnych komórek macierzystych do miejsca uszkodzenia. 

 

To jednak nic w porównaniu z aksolotlem, u którego już niemal 60 lat temu biolodzy stwierdzili regenerację nawet sporej usuniętej chirurgicznie części mózgu. Aczkolwiek strukturalnie to nie było dokładne odtworzenie tkanki wyciętej. A przecież, gdyby chcieć regenerować ludzki mózg po szkodzie, to nie chodzi o to, by „dziura” zapełniła się tkanką nerwową, tylko by odtworzyć połączenia, które są potrzebne dla prawidłowego funkcjonowania całego organizmu.

 

Czytaj także: Inteligentna ośmiornica i jej tajemniczy mózg

 

Aby odtworzyć, trzeba poznać. Aby poznać, dziś się sekwencjonuje. W tym wypadku – RNA niezależnie produkowane w każdej komórce jakiegoś fragmentu tkanki, co się określa skrótem scRNA-seq. W każdej z osobna – wiemy zatem, co to morfologicznie za komórka i badamy, które geny są w niej czynne. Powstaje atlas.

I dlatego piękny aksolotl (stworzonko jest widowiskowe) zdobi okładkę prestiżowego „Science” z 2 września. Bo kilku grupom badawczym, w tym europejskiej (z laboratorium Treutlein w ETH w Zurychu i laboratorium Tanaka w Instytucie Patologii Molekularnej w Wiedniu) i chińskiej, udało się niezależnie i na bardzo nowoczesne sposoby dosłownie pogrzebać w mózgu aksolotla i jego zdolności do regeneracji. A także ewolucję. Bo dotąd zrobiono scRNA-seq modelowej rybie, gryzoniom, człowiekowi a nawet gadom, ale nie płazom. Jedynym, które – w formie aksolotla – naturalnie regenerują mózg.

 

Owo sekwencjonowanie ma taki oto sens, że w mózgu współdziała ze sobą dobre kilkanaście podstawowych typów komórek i wiele ich podtypów. Nie wszystkie są neuronami. A to jest tylko podział morfologiczno-fizjologiczny. Gdy włączyć do tego sekwencjonowanie RNA, pojawiają się niewidoczne „gołym okiem” ale istotne kategorie. Komórka jest taka i pełni taką funkcję, jak determinują aktywne w niej geny, a to właśnie czytamy, sekwencjonując szczegółowo jej RNA.

 

Działanie mózgu jako całości to działanie milionów różnorodnych neuronów „wespół w zespół”, jak by to zaśpiewał Kabaret Starszych Panów. Są wśród tych komórek także komórki macierzyste – z których musi startować tak rozwój mózgu, jak i jego regeneracja. Które, choć nisko zróżnicowane, czyli „z twarzy” podobne do małych kuleczek, dają w efekcie piękne neurony o różnych kształtach.

 

Przebadano szczegółowo za pomocą scRNA-seq np. tzw. kresomózgowie aksolotla. To jest ta część mózgu kręgowców, która w toku ewolucji rozrasta się, by wreszcie dać rozwój korze mózgowej tzw. nowej. To w niej kryje się tajemnica naszego rozumu. Następnie usunięto ten fragment i pozwolono na regenerację, wciąż badając powstające komórki przez 12 tygodni.

Zidentyfikowano, które geny są aktywne, gdy komórki macierzyste stają się neuronami. Okazało się, że wiele z nich, zanim staną się dojrzałymi neuronami, przechodzi przez pośredni typ komórek zwany neuroblastami, nigdy wcześniej nieodkrytymi u tych płazów.

Regeneracja zaś mózgu przebiega u aksolotla w trzech głównych fazach. Najpierw szybki wzrost liczby komórek macierzystych, gdzie tylko niewielka ich część aktywuje proces zabliźniania. Zabliźnianie bowiem przeciwdziała regeneracji. Następnie komórki macierzyste zaczynają rozwijać się w neuroblasty. Wreszcie neuroblasty różnicują się w te same typy neuronów, które pierwotnie zostały utracone.

 

Poznano, które geny są zaangażowane i jak komórki ostatecznie stają się neuronami, nadal jednak nie wiemy, jakie sygnały zewnętrzne inicjują ten proces. Co ciekawe i sprzeczne z wcześniejszymi obserwacjami, zerwane połączenia neuronalne między usuniętym obszarem a innymi obszarami mózgu zostały ponownie połączone. Pozostaje pytanie, czy zregenerowany obszar również odzyskał swoją pierwotną funkcję.

Według opublikowanych we wspomnianym numerze „Science” prac komórki kresomózgowia tych przedziwnych płazów są analogiczne do hipokampu ssaków, czyli obszaru mózgu odpowiedzialnego za tworzenie pamięci, oraz kory węchowej, obszaru mózgu odpowiedzialnego za odczuwanie zapachów. Nie wiadomo jednak, czy zaobserwowane molekularnie procesy są nadal dostępne zwierzętom, które ewoluowały w późniejszym czasie, takich jak myszy czy ludzie.

 

Czytaj także: Mózg sprzed pół miliarda lat

 

Po raz kolejny pozornie odległe nam stworzenie pozwala nam wejść na drogę poznawania naszych własnych tajemnic. Nawet takich najgłębszych, gdzie powstaje i regeneruje się mózg.

#mózg #rozwój #płaz