2018. január – NAP 1.0 különszám: Nemzeti Agykutatási Program
2018. január – NAP 1.0 különszám: Nemzeti Agykutatási Program

A viselkedés molekuláris alapjai

A Nemzeti Agykutatási Program (NAP) keretében az Eötvös Loránd Tudományegyetem Biológiai Intézet Élettani és Neurobiológiai Tanszékén 2014-ben két új kutatócsoport alakult: az MTA–ELTE NAP B Molekuláris és Rendszer Neurobiológiai Kutatócsoportot Dobolyi Árpád, az MTA–ELTE NAP B Idegi Sejtbio­ló­giai Kutatócsoportot pedig Schlett Katalin vezeti.


Mindkét kutatócsoport-vezető az ELTE-n végzett, majd a megalapításának 50. évfordulóját 2017-ben ünneplő Élettani és Neurobiológiai Tanszéken szerezte PhD-fokozatát. Rövidebb-hosszabb külföldi kutató­munka, Dobolyi Árpád esetében pedig a Semmelweis Egyetem Anatómiai Intézetében eltöltött évek után visszatértek alma materükbe, hogy a NAP támogatása jóvoltából folytassák kutatásaikat. A NAP-pályázat folytatásaként 2017 decemberében induló NAP 2 pályázatban is mindkét kutatócsoport részt vesz, ennek köszönhetően a kutatómunka jövőbeni folytatása is biztosított. A két kutatócsoport fő célkitűzése az utódgondozás neurobiológiájának, illetve a memóriafolyamatok molekuláris hátterének a megértése.

Schlett Katalin és Dobolyi Árpád
Mi pontosan a két kutatócsoport témája?

Dobolyi Árpád: Mindkét csoportra jellemző, hogy állatkísérletes modellrendszerek felhasználásával az emberi viselkedést is irányító új molekuláris útvonalak felderítésére és megértésére koncentrálunk. A szülő és a gyermek számára is meghatározó a köztük levő kapcsolat, ugyanakkor az ennek hátterében meghúzódó agyi folyamatokról igen keveset tudtunk annak ellenére is, hogy azok nagyon fontosak lehetnek például a szülés utáni leggyakoribb betegség, a gyermekágyi depresszió kialakulásában. Ráadásul az anyai gondoskodás egy kivételesen jól reprodukálható, de mégis bonyolult viselkedés, aminek a tanulmányozásával nyert ismeretek hozzájárulhatnak más viselkedéstípusok megértéséhez is.
A korábbi vizsgálatok, melyek az utódgondozás mechanizmusára vonatkoztak, elsősorban a hormonok szerepét kutatták. Ugyan­akkor tudjuk, hogy az ilyen bonyolult érzelmi és kognitív kapcsolat nem lehet egyszerű hormonhatás következménye. Az utóbbi időben állatkísérletekben is kimutatták, hogy az állati anyai viselkedések hormonok hiányában is megvalósulhatnak. A NAP-pályázat keretében is rágcsálómodelleken dolgoztunk, mert az egyszerűbb emberi utódgondozó viselkedéseknek nagyon jó modellje a rágcsálók ivadékgondozása. Elsősorban az anyaállatok utódgondozó viselkedését vizsgáltuk, mert – az embertől eltérően, de a legtöbb emlős fajhoz hasonlóan – az egereknél és a patkányoknál is szinte kizárólag a nőstényekre hárul az alom felnevelése.

Schlett Katalin: Az Idegi Sejtbiológiai Kutatócsoport érdeklődése elsősorban az idegsejtekben külső hatásokra lezajló plaszticitási folyamatok molekuláris hátterének tisztázására irányul. Életünkben a környezeti hatásokhoz való alkalmazkodásban a tanulás és a felejtés képessége egyaránt fontos. A memóriarögzítési folyamatok során egyes szinaptikus kapcsolatok megerősítése és stabilizálása a fontos, de ezzel párhuzamosan más kapcsolatok meggyengülnek vagy akár meg is szűnnek. Az előbbi folyamatokat a tanulás, míg az utóbbiakat a felejtés molekuláris elemeinek is tekinthetjük. Genetikailag módosított egértörzsek, illetve Petri-csészében nevelt idegi sejttenyészetek felhasználásával a tanulási folyamatok során lejátszódó morfológiai, strukturális, elektrofiziológiai és molekuláris változásokat, illetve az ezeket irányító szabályozó molekulákat szeretnénk azonosítani és szerepüket feltárni.

Milyen módszereket használnak a kutatásaik során?

D. Á.: Az anyai viselkedés molekuláris mechanizmusainak vizsgálatát a legmodernebb rendszerbiológiai technikák alkalmazásával végezzük, melyeket a világon először mi alkalmaztunk az utódgondozó viselkedés megértése céljából. Ezek a módszerek egyidejűleg képesek mérni az összes gén agyban levő kifejeződésének mértékét, azaz az mRNS szintjét (mikroarray technika és új generációs RNS-szekvenálás), illetve sok ezer fehérje agyi koncentrációját (proteomika). A pályázat keretében olyan növekedési faktorokat, hősokkfehérjéket és neuropeptid transzmittereket azonosítottunk, melyek anyaállatok agyában emelkedett szintet mutattak. Ezután meghatároztuk, hogy az anyai viselkedéssel korreláló fehérjék/peptidek az agyban hol fordulnak elő, és mi a funkciójuk. Az anyai viselkedéssel korreláló fehérjéket kifejező idegsejtek szerepét pedig az ezen idegsejtek szelektív serkentését és gátlását lehetővé tevő kemogenetikai módszerekkel azonosítjuk.

A kutatócsoport által leírt, anyai motivációt és laktációt szabályozó agypályák és neurokémiai jellemzőik.


S. K.: Kísérleteinket normál és genetikailag módosított, disszociál­tatott embrionális egér hippocampális idegsejttenyészetekben, széles módszertani palettát alkalmazva (biokémiai elemzések; konfokális mikroszkópos vizsgálatok; optogenetikai, valamint patch clamp és multielektród assay [MEA] elektrofiziológiai mérések) végezzük. Specialitásunk az élő sejteken végzett fluoreszcens fény mikroszkópia, amely során az egyes neurotranszmitter-receptorok sejten belüli szállítását és körforgását, a szinapszisokban zajló aktin vázrendszer átrendeződését vagy az egyes célmolekulák közötti közvetlen kölcsönhatásokat és foszforilációs lépéseket közel valós időben, nagy időbeli felbontással tudjuk elemezni. Ezekben a vizsgálatokban nagy előrelépést jelent az a közelmúltban elnyert VEKOP infrastruktúra-pályázat, amelynek keretében két modern konfokális mikroszkóp érkezik az ELTE-re. Az elmúlt években a sejttenyészeteken végzett megfigyelések mellett a transz­genikus egerek viselkedését, elsősorban a tanulási képességek elemzését vizsgáló viselkedés-élettani módszereket is beállítottunk és sikeresen alkalmaztunk.

Mik az eddigi fő eredményeik?

D. Á.: Megállapítottuk, hogy az amylin nevű neuropeptidet és az inzulinszerű növekedési faktor kötőfehérjéjét kifejező idegsejtek az agy hipotalamusz nevű struktúrájának elülső részén helyezkedtek el. Kísérleteinkkel kimutattuk, hogy ez az agyterület aktiválódik az utódgondozó viselkedések alatt, míg a terület sérülése állatokban megszünteti az utódgondozó viselkedést. Az általunk talált molekulák aktivitásának gátlásával sikerült bizonyítanunk szerepüket az anyai motiváció kialakulásában. Kutatásaink további része arra irányult, hogy meghatározzuk a hipotalamusz elülső részén levő anyai neuronok idegi bemeneteit, azaz meghatározzuk, hogy melyik agyterület milyen információt küld ezekhez az idegsejtekhez. Ehhez neuronális nyomjelző molekulákat használtunk, majd megállapítottuk, hogy melyik bemenet aktiválódik az anyaállatokban a kölykök hatására. Ezzel a módszerrel azonosítottunk egy új agypályát, amely szoptatási eredetű érintési, és a kölykök felől hallási információt szállít a hipotalamusz anyai motivációt fenntartó központjába. Ennek a pályának a központi idegsejtjei a talamusz hátulsó részén helyezkednek el, és – a legtöbb talamikus magtól eltérően –, elsősorban a hipotalamuszba és nem a nagyagykéregbe vetítenek. A talamuszban levő idegsejtek tartalmaznak egy, kizárólag itt kifejeződő anyai neuropeptidet, a TIP39-et. A peptid megtalálható a hipotalamusz elülső részén is, a talamuszból odavetülő idegsejtek axon végződéseiben. Megállapítottuk, hogy a TIP39 idegsejtek aktivitásának vírusok általi specifikus gátlása az anyai motiváció drasztikus csökkenését okozza.

S. K.: A serkentő szinaptikus kapcsolatok működését és hatékony­ságát az ionotróp glutamát receptorok közé tartozó AMPA-re­cep­torok (AMPAR-ok) alapvetően megszabják. Az általánosan elfoga­dott elképzelések szerint az AMPAR-ok sejtfelszíni mennyisége és működése a szinapszisok aktivitásfüggő változásával összefügg. Több preklinikai teszt is alátámasztja, hogy egyes neuropszichiátriai kórképek (például depresszió, tanulási nehézségek, addikció) hát­terében az AMPAR-ok abnormális szabályozása állhat. Saját, friss kutatási eredményeink elsőként mutatták meg, hogy a Ras and Rab interacting 1 (RIN1) fehérje nem megfelelő műkö­dése alapvetően befolyásolja az AMPAR-ok sejtfelszíni mennyiségét. Igazoltuk, hogy a RIN1 az AMPA-receptorok aktivitásfüggő visszavételét a Rab5 kis GTPáz fehérje működésének aktiválásán keresztül (ún. GEF funk­cióján át) irányítja. Amennyiben a RIN1 hiányzik vagy a RIN1 Rab5 GEF funkciója sérül, az idegsejtek a sejt­felszíni AMPA-re­cep­torok mennyiségét nem képesek lecsökkenteni. Ezek az ered­mé­nyek jól magyarázzák a RIN1 génhiányos állatokon végzett megfigyeléseket is, amelyek a génmódosított állatok averzív ingerek iránti fokozott érzékenységét, így a kellemetlen ingerek tartós és nehezen kioltható rögzülését írták le.

Zöld fluoreszcens fehérjét (EGFP-t) termelő, hippocampális tenyésztett idegsejtről konfokális mikroszkóppal készített felvétel. A kinagyított dendritágon (jobbra) a Shank2 posztszinaptikus marker (lila szín) a dendrittüskékben is jól detektálható (csillaggal jelölve).
Lehetnek a felfedezéseiknek gyógyászati alkalmazásai?

D. Á.: A kutatásaink során feltárt, anyákban aktiválódó gének a kli­nikumban emelkedő tendenciát mutató, és súlyos társadalmi problémát jelentő gyermekágyi depresszió ellen ható gyógyszerek fejlesztésének célpontjai lettek. Jelenleg nincs ugyanis olyan gyógyszer, amelyet specifikusan az ebben az időszakban fellépő depresszió ellen lehetne használni, pedig az anyai magatartási anomáliák szerepe egyre ismertebb az utódokban kialakuló pszichiátriai kórképek kialakulásában is, ezért a specifikus kezelés jelentősége kiemelkedő lenne.

S. K.: A nemi erőszak vagy abúzusok áldozatainál, a súlyos balesetek túlélőinél vagy a harcoló katonáknál az átélt trauma hosszú távú következményeként gyakran alakul ki a poszttraumatikus stressz szindróma (PTSD), amely a traumatikus hatású eseményekhez kapcsolódó emlékképek nem kívánt, ismételt megjelenéséhez és azok akaratlan újraátéléséhez vezet. A PTSD-ben szenvedőkre jellemzőek a súlyos szorongási, pszichés vagy pszichoszomatikus tünetek, amelyek a megfelelő terápia nélkül éveken keresztül is fennállhatnak. Komoly problémát jelent ugyanakkor, hogy a PTSD-t kiváltó mechanizmusokat még nem, vagy csak részleteiben ismerjük, így igen sok esetben a célzott gyógyszeres kezelés sem megoldott. Számos alapkutatási eredmény azonban már jelezte, hogy a PTSD kialakulása során a sejtfelszíni AMPAR-ok mennyisége abnormálisan magas. Mivel a RIN1 fehérje aktivitása a sejtfelszíni AMPAR-mennyiség csökkenéséhez vezet, elképzel­hető, hogy a RIN1 funkciókra irányuló szabályozó lépések jobb meg­értése a PTSD kezelésében is hasznos lehet.•

 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018

Innotéka