Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Ερευνητές στο Ινστιτούτο Βασικών Επιστημών (IBS) εντόπισαν ένα αξιοσημείωτα μικρό αλλά κρίσιμο κομμάτι γενετικού κώδικα που βοηθά στον προσδιορισμό του τρόπου με τον οποίο τα εγκεφαλικά κύτταρα συνδέονται, επικοινωνούν και λειτουργούν. Η ανακάλυψη όχι μόνο εμβαθύνει την κατανόησή μας για το πώς είναι δομημένη η καλωδίωση του εγκεφάλου, αλλά μπορεί επίσης να εξηγήσει την προέλευση αρκετών νευρολογικών και ψυχιατρικών παθήσεων.
Η μελέτη, που διεξήχθη από το Κέντρο Συναπτικών Δυσλειτουργιών Εγκεφάλου στο IBS και με επικεφαλής τη Διευθύντρια Kim Eunjoon, Διακεκριμένη Καθηγήτρια στο KAIST, επικεντρώνεται σε μια πρωτεΐνη που ονομάζεται PTPδ – ένα βασικό μόριο που βοηθά τους νευρώνες να σχηματίζουν συνάψεις, τις συνδέσεις που επιτρέπουν στα εγκεφαλικά κύτταρα να μεταδίδουν σήματα. Η μελέτη δημοσιεύεται στο Nature Communications.
Ενώ η PTPδ έχει ήδη συνδεθεί με διαταραχές όπως η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού (ASD), η ΔΕΠΥ, η ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή και το σύνδρομο ανήσυχων ποδιών, οι ερευνητές έχουν πλέον επικεντρωθεί σε μια προηγουμένως μη μελετημένη λεπτομέρεια: ένα μικροσκοπικό τμήμα γνωστό ως μίνι-εξόνιο Β.
Αυτό το μίνι-εξόνιο δημιουργείται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται εναλλακτική συρραφή, στην οποία τα κύτταρα περιλαμβάνουν ή αποκλείουν συγκεκριμένα αποσπάσματα γενετικού υλικού για να αλλάξουν ελαφρώς τη δομή – και τη λειτουργία – μιας πρωτεΐνης. Το μίνι-εξόνιο Β έχει μήκος μόλις τέσσερα αμινοξέα, ωστόσο η ομάδα διαπίστωσε ότι παίζει έναν εκπληκτικά ισχυρό ρόλο στην ανάπτυξη και τη συμπεριφορά του εγκεφάλου.
Μια πιο προσεκτική ματιά στη συναπτική «κόλλα» του εγκεφάλου
Η ικανότητα του εγκεφάλου να σκέφτεται, να αισθάνεται και να κινείται εξαρτάται από μια λεπτή ισορροπία ηλεκτρικών και χημικών σημάτων. Αυτά τα σήματα ταξιδεύουν μέσω των συνάψεων, όπου ένας νευρώνας μεταδίδει ένα μήνυμα στον επόμενο. Πρωτεΐνες όπως η PTPδ βοηθούν αυτές τις συνάψεις να σχηματιστούν σωστά λειτουργώντας σαν μοριακό Velcro – συνδέοντας τους νευρώνες μεταξύ τους με ακριβή ευθυγράμμιση.
Στη μελέτη τους, οι ερευνητές τροποποίησαν γενετικά ποντίκια για να διαγράψουν το μίνι-εξόνιο Β από το γονίδιο PTPδ. Τα αποτελέσματα ήταν δραματικά: Τα ποντίκια που δεν είχαν ολόκληρο το μίνι-εξόνιο Β είχαν ποσοστό επιβίωσης μικρότερο από 30% μετά τη γέννηση, υπογραμμίζοντας τον ουσιαστικό ρόλο του στην πρώιμη ανάπτυξη και βιωσιμότητα του εγκεφάλου. Από την άλλη πλευρά, τα ποντίκια με ένα αντίγραφο του τροποποιημένου γονιδίου επέζησαν στην ενηλικίωση, αλλά εμφάνισαν σαφείς αλλαγές στη συμπεριφορά, συμπεριλαμβανομένης της συμπεριφοράς που μοιάζει με άγχος και της μειωμένης κίνησης.
Οι εγγραφές του εγκεφάλου σε αυτά τα ποντίκια έδειξαν επίσης μια ανισορροπία στη συναπτική δραστηριότητα. Τα κοκκιώδη κύτταρα—νευρώνες υπεύθυνοι για την επεξεργασία πληροφοριών—έλαβαν ασθενέστερη διεγερτική εισροή, ενώ οι ενδιάμεσοι νευρώνες, οι οποίοι βοηθούν στον έλεγχο της εγκεφαλικής δραστηριότητας, έλαβαν ισχυρότερα διεγερτικά σήματα. Αυτή η ανισορροπία διέγερσης-αναστολής είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα διαφόρων νευροαναπτυξιακών και ψυχιατρικών διαταραχών.
Μοριακές ενδείξεις: Μια συνεργασία κλειδαριάς και κλειδιού
Για να αποκαλύψουν πώς αυτό το μικροσκοπικό τμήμα επηρεάζει την εγκεφαλική σηματοδότηση, οι ερευνητές εξέτασαν τις πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με την PTPδ. Ανακάλυψαν ότι η PTPδ σχηματίζει ένα μοριακό σύμπλεγμα με μια άλλη πρωτεΐνη που ονομάζεται IL1RAP—αλλά μόνο όταν υπάρχει μίνι-εξόνιο Β. Χωρίς αυτό το μίνι-εξόνιο, η PTPδ χάνει την ικανότητά της να εμπλέκεται με την IL1RAP, διακόπτοντας μια κρίσιμη οδό για τον σχηματισμό διεγερτικών συνάψεων.
Αυτή η αλληλεπίδραση αποδείχθηκε ότι είναι ειδική για τον τύπο κυττάρου, που σημαίνει ότι συμπεριφέρεται διαφορετικά ανάλογα με το ποιοι νευρώνες εμπλέκονται. Αυτό το επίπεδο εξειδίκευσης εξηγεί γιατί η διαγραφή του μίνι-εξονίου Β επηρεάζει ορισμένα μέρη του εγκεφάλου περισσότερο από άλλα.
Ο διευθυντής Eunjoon δήλωσε: «Αυτή η μελέτη καταδεικνύει πώς ακόμη και το πιο μικρό γενετικό στοιχείο μπορεί να ανατρέψει την ισορροπία των νευρωνικών κυκλωμάτων. Είναι μια συναρπαστική υπενθύμιση ότι τα σφάλματα στην εναλλακτική συρραφή θα μπορούσαν να έχουν βαθιές συνέπειες στις εγκεφαλικές διαταραχές».
Επιπτώσεις για τις διαταραχές του ανθρώπινου εγκεφάλου
Αυτή είναι η πρώτη μελέτη in vivo που καταδεικνύει τη λειτουργία του μίνι-εξονίου Β της PTPδ. Τα ευρήματα είναι ιδιαίτερα σημαντικά δεδομένων των αυξανόμενων στοιχείων ότι οι διαταραχές στη συρραφή των μικροεξονίων μπορεί να αποτελούν τη βάση αρκετών νευροψυχιατρικών παθήσεων.
Παθήσεις όπως ο αυτισμός και η ΔΕΠΥ έχουν συνδεθεί όλο και περισσότερο με την εξασθενημένη συναπτική ανάπτυξη και αυτή η μελέτη βοηθά στην εξήγηση ενός μηχανισμού με τον οποίο αυτό μπορεί να συμβεί. Υπογραμμίζει επίσης την ανάγκη να μελετηθούν όχι μόνο τα ίδια τα γονίδια, αλλά και οι μικροσκοπικές παραλλαγές στον τρόπο με τον οποίο συναρμολογούνται από τον μηχανισμό του κυττάρου.
Κοιτάζοντας μπροστά, αυτές οι γνώσεις θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν την ανάπτυξη θεραπειών που στοχεύουν στη ρύθμιση της συρραφής ή βοηθούν στην αποκατάσταση της φυσιολογικής συναπτικής ισορροπίας σε άτομα που έχουν προσβληθεί.
