Az ioncsatornák eloszlásának szabályozása
Az agykutatók szerint a tanulás idegrendszeri alapja a neuronok közti kapcsolatok megerősödése. Az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetének (KOKI) két munkatársa, Nusser Zoltán és Lőrincz Andrea által vezetett kutatócsoport ennek az összetett folyamatnak egy, immár évtizedek óta magyarázatra váró lépését tisztázta. A kutatók eredményeit bemutató cikket a Science magazin publikálta.
– Az általunk vizsgált nagyméretű piramissejt több tízezer ponton kapcsolódik az idegrendszer többi neuronjához. Régóta ismert tény, hogy a gyakrabban használt neuronkapcsolatok, szinapszisok megerősödnek, és valószínűleg ez áll a tanulási folyamatok hátterében is. Azt viszont eddig nem sikerült kiderítenünk, hogy a sejt egészen pontosan milyen módon küld visszajelzést a sok ezer szinapszisából annak a néhánynak, amelyek a kimenet generálásában részt vettek, és ezért meg kell erősödniük. Ha egy mondatban kellene megfogalmaznom az eredményünket, akkor mi a visszajelzésért felelős molekulát azonosítottuk – magyarázta Nusser Zoltán.
A többi neuronhoz hasonlóan a piramissejtnek is három fő területét különíthetjük el. A szóma a sejt teste. A neuron ennek jellegzetes háromszög-alakjáról kapta nevét. A dendritek már a sejttesthez közel több irányba szétágazó nyúlványok, amelyek a bejövő elektromos jeleket – az úgynevezett szinaptikus áramokat – vezetik be a sejtbe. Ezekből egy piramissejt több tízezret is fogad. A sejt információfeldolgozása révén létrejövő kimenő jeleket (azaz az akciós potenciálokat) a sejt alján található axon továbbítja a célsejtek felé. Az axonban keletkező elektromos impulzusokat membránon keresztülnyúló (transzmembrán) fehérjék, úgynevezett feszültségfüggő ioncsatornák (főleg nátrium és kálium csatornák) generálják. Ezek sejtfelszíni eloszlását vizsgálták a KOKI kutatói.
A kutatás eredményeképpen sikerült bebizonyítani, hogy a Nav1.6 elnevezésű feszültségfüggő nátriumcsatorna vesz részt a dendriteknek küldött jelek továbbításában. Az azonban a kutatókat is meglepte, hogy ugyanaz a fehérje felelős mind az axonba kimenő jelért, mind a visszajelzésért, sőt a sejt azt is képes szabályozni, hogy a fehérjék denzitása, azaz sűrűsége a különböző területeken mekkora legyen.
– A természet a különböző irányba terjedő jelek kibocsátását külön csatornákon, eltérő fehérjékkel is megoldhatná, de a piramissejtekben erre a feladatra csupán egyetlen molekulát használ. Az axon felé küldött információt, illetve a dendritek megerősödést elősegítő visszajelzéseket is az Nav1.6 ioncsatorna sűrűségének megváltoztatásával éri el – magyarázta Nusser Zoltán. Hangsúlyozta: az a képesség, hogy a sejt egy fehérjét a sejt különböző részeibe eltérő denzitásban tud kihelyezni, meghatványozza a lehetséges működési módok számát.
Ahhoz, hogy a kutatók meg tudják határozni a Nav 1.6-is molekulát, egy speciális módszerre volt szükségük. A Lőrincz Andrea által Japánban elsajátított technológia, az úgynevezett fagyasztva töréses azonosító eljárás (Freeze Fracture Replica Labeling) nélkül nem érhettek volna el ilyen eredményeket a kutatók. – Gyakorlatilag ez az egyetlen megfelelő érzékenységgel és felbontással rendelkező módszer, amellyel a kis sűrűségben jelen lévő ioncsatornákat és azok különbségeit ki lehet mutatni – mondta Lőrincz Andrea.
A körülbelül egy évtizede kifejlesztett technológia lényege, hogy az agyszövetet nagy nyomáson lefagyasztják, majd vákuum alatt eltörik. A keletkezett törés síkja véletlenszerű, de nagy eséllyel sejthártyákon megy keresztül. Az eljárás során a sejthártya felszínére platinát gőzöltetnek, így létrejön annak lenyomata, amely magába foglalja a transzmembrán fehérjéket is. A következő lépésben eltávolítják az agyszövet azon részét, amely nincs közvetlenül a platina replikába ágyazva, de a vékony fémréteghez kapcsolódó sejthártyát a rajta lévő fehérjékkel együtt megőrzik. A fehérjéket ezután aranyszemcséhez kötött specifikus ellenanyagokkal tudják kimutatni.
