piątek, 30 listopada 2012

U źródła naszych myśli - rola komórek glejowych w naszym mózgu

Fot. Dr Federico Herrera
Autorką tekstu jest psycholożka Magdalena Słupek.

Już w latach sześćdziesiątych XX w. odkryto, że komórki glejowe stanowią 90 procent komórek mózgu. Neurony, jak można zauważyć są w mniejszości. Do tej pory ich funkcja jest przeceniana przez badaczy, którzy w 99 procentach prac badawczych koncentruje się na neuronach. Dzieje się tak za sprawą pewnej historii i wprowadzenia przez Cajala – ojca neurobiologii, tzw. doktryny neuronalnej. W tej chwili częściej kwestionuje się znaczenie neuronu i bada komórki glejowe, aby zrozumieć procesy powrotu do zdrowia po urazach, przyczyn chorób zwyrodnieniowych mózgu, zaburzeń psychicznych czy w końcu zrozumienia ludzkiej inteligencji.

Wzrost zainteresowania komórkami glejowymi wynika z trzech powodów. Po pierwsze przekazują sobie one sygnały w sposób sprzyjający gromadzeniu informacji, po drugie wiadomo, że większość nowotworów mózgu zawiera owe komórki i rozwija się świadomość, że komórki glejowe to dorosłe komórki macierzyste mózgu. Oznacza to, że mają zdolność powielania samych siebie oraz neuronów, jeżeli zajdzie taka potrzeba.

W naszym mózgu istnieje wiele komórek glejowych, ale szczególną rolę pełnią astrocyty. Są to samowystarczalne, samoreplikujące się komórki przesyłające sobie sygnały. Jedynym powodem istnienia neuronów jest wspieranie funkcji astrocytów. Wykryto, że neurony nie mogą istnieć bez astrocytów natomiast możliwa jest odwrotna sytuacja. Badania wykazały, że liczba astrocytów w korze mózgowej zwiększa się wraz z poziomem inteligencji. U myszy na każdy neuron przypada około 0,3 astrocyta. U ludzi stosunek ten wynosi 1,65. Niewykluczone, że zwiększony stosunek astrocytów do neuronów pozwala na większą wyobraźnię i kreatywność. Możliwe jest to za sprawą samorzutnej aktywności jonów wapniowych w astrocytach. Fale te mogą rozchodzić się wśród astrocytów uwalniając informacje i prowadząc do utrwalenia. W hipokampie odpowiedzialnym za generowanie nowych wspomnień około 80 procent dużych kontaktów synaptycznych otoczonych jest astrocytami. Gdy neurony przekazują informacje pochodzące z ośrodków zmysłowych, fale wapniowe będące reakcją wyładowania neuronalnego rozchodzą się w hipokampie z częstotliwością zbliżoną do częstotliwości wyładowania neuronalnego. Badacze odkryli też, że zarówno hipokamp jak i opuszka węchowa stale wytwarzają komórki glejowe. Wiadomo, że oba te obszary mózgu odpowiadają za stale zachodzące procesy uczenia się.

Ponadto astrocyty wyposażone są w ramiona sięgające do naczyń krwionośnych, dzięki którym można zwiększyć napływ krwi do obszarów myślowych mózgu, które po aktywowaniu rozświetlają informacje ukryte w najgłębszych jego zakamarkach. Jeżeli chodzi o konieczność podjęcia działań w oparciu o informacje uzyskane dzięki bodźcom czuciowym to zajmują się tym neurony. Astrocyty to nie tylko komórki, w których ulokowane są nasze myśli i pamięć. Mogą wpływać również na stężenie hormonów w naszym organizmie. Wytwarzają one białka w obszarach mózgu odpowiedzialnych za homeostazę wodną i mikrocyrkulację zachodzącą w naczyniach mózgowych. Oddziałują one na neurony, które mają zdolność wydzielania hormonów do krwioobiegu. Astrocyty wykorzystują też neurony do budowania dróg, którymi mogą przesyłać informację na duże odległości. Utrzymują synapsy dzięki swojej obecności, która wzmacnia połaczenia międzyneuronalne poprzez czynniki wzrostu i proces sygnalizacji poprzez transmitery. Mogą również eliminować niepotrzebne połączenia synaptyczne.

W najnowszych doświadczeniach naukowcy pod kierunkiem prof. Christiana Steinhaeusera z Uniwersytetu w Bonn zaobserwowali, że astrocyty posiadają małe pęcherzyki magazynujące glutaminian, czyli jeden z neuroprzekaźników, za pomocą, którego komunikują się neurony. Okazało się, że pod wpływem odpowiedniego bodźca chemicznego astrocyty w hodowli mogą, tak samo jak neurony, uwalniać na zewnątrz zawarty w pęcherzykach glutaminian. Zdaniem autorów, ich wyniki sugerują, że astrocyty mogą się komunikować z neuronami za pomocą neuroprzekaźników. W ten sposób modulują ich funkcje.

Kiedy już wiemy, że komórki glejowe, a konkretnie astrocyty komunikują się z neuronami i wydają im polecenia oraz, że u osób dorosłych dochodzi do podziału komórkowego zaczyna się przedsiębrać badania nad „glikogenezą wieku dorosłego”. Szwedzcy badacze we współpracy z amerykańskimi zastosowali technikę badania podziału komórkowego dorosłych ludzi. Po zastosowaniu materiału radioaktywnego zaobserwowali, że żadna komórka, która uległa podziałowi nie była neuronem. Wszystkie były komórkami glejowymi. Badanie to zostało przeprowadzone głownie po to,żeby wykazać ze neurogeneza ogranicza się do okresu naszych narodzin. Proces powstawania nowych astrocytów w korze mózgowej w całym okresie naszego dorosłego życia musi mieć wpływ na procesy myślowe zachodzące w mózgu. Łącząc tą wiedze z tematem komunikacji międzykomórkowej opartej na falach wapniowych oraz regulacji transmiterów w astrocytach prowadzi do teorii zakładającej, że właśnie astrocyty są źródłem naszych myśli, oraz, że dzięki zdolności do ciągłej regeneracji mogą utrzymywać mózg w najwyższej sprawności. Niewykluczone, że dzięki ćwiczeniom umysłu udaje się nam osiągnąć wyższy poziom inteligencji i możemy przechowywać więcej informacji.

Badania mózgu Einsteina wykazały, że posiadał on więcej astrocytów w korze płata ciemieniowego lewej półkuli mózgu. Obszar ten odpowiada za wyższe procesy myślowe, zwłaszcza te związane z językiem, matematyką i uczeniem przestrzennym. Proces koncentrowania się zachodzący w korze mózgowej może zwiększyć glikogenezę i tłumaczyć znacznie zwiększoną liczbę komórek glejowych. Istnieją prawdopodobnie dwa sposoby na zwiększenie wzrostu astrocytów w mózgu. Pierwszy odpowiada wzbogaceniu odbieranych przez nas bodźców ze środowiska zewnętrznego przez doświadczanie środowiska poprzez podróże, czytanie książek, zdobywanie wiedzy oraz wykonywania prac manualnych. Drugi sposób polega na tym żeby zamiast po prostu mówić „nie wiem” podejmować próby przypominania sobie pewnych informacji tak by doprowadzić do zwiększonego napływu krwi do mózgu i aktywować astrocyty. Mózg podobnie jak mięśnie wymaga ćwiczeń umożliwiających zachowanie jego zdolności a intensywne rozmyślania przyczyniają się do jego rozwoju.

Różnorodne i kompleksowe badania nad zaburzeniami psychicznymi – odnoszącymi się do sedna ludzkiego istnienia, naszych myśli, wyobraźni i kreatywności – stanowią doskonałą możliwość badania funkcji astrocytów. To, kim jesteśmy im zawdzięczamy i związku z tym każdy z nas we właściwy dla siebie sposób przetwarza zdobyte informacje. Zrozumienie tego, w jakim stopniu i dlaczego astrocyty różnią się od siebie u poszczególnych osób będzie niezwykle ciekawe. Jedna z metod leczenia zaburzeń psychicznych wykorzystuje od dawna związek miedzy litem a zaburzeniami afektywnymi dwubiegunowymi. Jony te usuwają z komórki jony potasu i sodu, które są głównymi jonami występującymi w astrocytach. Podawany lit stabilizuje prace komórek i często sprawia, że pacjenci nie czują się sobą.

Badając mózgi pobrane od zmarłych, u których wcześniej klinicznie zdiagnozowano depresję naukowcy zauważyli zmniejszenie liczby astrocytów kory mózgowej. W stanach depresji niedostateczna liczba astrocytów może prowadzić do mniejszej liczby fal wapniowych stymulujących obszary mózgu odpowiedzialne za kontrolowanie myśli wysyłając je w otchłań bezsensu istnienia. W stanach maniakalnych fale stają się zbyt gwałtowne i płynne, co prowadzi do zachowań nadaktywnych i euforii. W mózgach osób cierpiących na schizofrenię stwierdzono mniejszą liczbę astrocytów. Zaobserwowano także zaburzenia poziomu serotoniny, czyli transmitera, który wpływa na działanie, astrocytów, które otrzymują bodźce zmysłowe prowadzące do aktywacji fal wapniowych jednak bez stymulacji neuronalnej.

Jest wiele badań dotyczących działania różnych substancji na komórki glejowe m.in. heroiny czy morfiny. Hamują one powstawanie nowych astrocytów.

Jeżeli chodzi o choroby zwyrodnieniowe mózgu to też odkryto powiązania między nimi a komórkami glejowymi. Prowadzą one do utraty zdrowia i zmysłów. Przyczynę tych chorób przypisuje się białkom znajdującym w neuronach. W 1993 roku naukowcy z Duke University Medical Center dokonali przełomowego odkrycia w badaniach nad chorobą Alzheimera. Znaleźli związek z genem białka apoE. Większa ekspresja genu powoduje wzrost prawdopodobieństwa zachorowania na tą chorobę o 20-90 procent. Białko to ulega dużej ekspresji w astrocytach. Bierze udział w transporcie cholesterolu i lipidów poza komórką. Niedawno odkryto, że przyczynia się również do choroby Parkinsona. Proces tworzenia złogów tego białka wokół neuronów może wynikać stąd, że nie usuwają go żadne astrocyty. W stwardnieniu zanikowym bocznym główne problemy wiążą się z transporterami glutaminianu, który znajduje się w błonach komórkowych astrocytów i tam wchłaniają go w synapsach. Kiedy jest go za dużo gromadzi się wokół synaps i działa toksycznie. Analizując proces starzenia sądzono, że utrata neuronów jest wynikiem spadku naszych zdolności poznawczych, do którego dochodzi wraz z wiekiem. Po bliższych analizach wydaje się, że wraz z wiekiem liczba neuronów wcale się nie zmienia, dochodzi natomiast do częstszego występowania zjawiska nazywanego „reaktywnością astrocytów”. W odpowiedzi na urazy mózgu proces starzenia się oraz choroby następuje ekspresja glejowego kwaśnego białka włókienkowego nazywanego GFAP. Jest to marker astrocytów. Odkryto wyższą reaktywność astrocytów w istocie czarnej u pacjentów z chorobą Parkinsona, w hipokampie u pacjentów z chorobą Alzheimera oraz korze ruchowej u pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym. GFAP występuje w komórkach mózgu ulegających podziałowi, w opuszce węchowej i hipokampie. U każdego tempo wymiany astrocytów jest inne. Jeżeli jest mniejsza niż tempo ich umierania to dochodzi do rozwoju choroby zwyrodnieniowej. Niewykluczone, że utrata zmysłu węchu, do której dochodzi w początkowym stadium tych chorób wskazuje na to, że ich przyczyną jest zbyt wolne tempo regeneracji i wymiany komórek glejowych.

Najnowsze badania naukowców pokazują nowo zidentyfikowany szlak metaboliczny, który prowadzi komórki macierzyste do produkcji komórek glejowych, dający zupełnie inne spojrzenie w neurobiologię zespołu Downa i wielu chorób centralnego układu nerwowego charakteryzujących się zbyt dużą ilością komórek glejowych. Pomiędzy już stwierdzonymi i zdiagnozowanymi anomaliami u pacjentów z zespołem Downa, występują u nich, w większej niż normalnie, ilości komórek glejowych a także mniejsze ilości komórek nerwowych. Przyczyna takiej sytuacji była niejasna. Dopiero użycie nowych technik spektrometrycznych i komórek macierzystych, które mogą wyprodukować neurony lub komórki glejowe, umożliwiło zespołowi z Instytutu SALK, prowadzonych przez doktora Federico Herrera będącego naukowcem w Cellular Neurobiology Laboratory, identyfikację ścieżki metabolicznej, która jest konieczna do wytworzenia komórek glejowych. On i jego koledzy, następnie poszukiwali określenia, czy ścieżka jest bardziej aktywna u pacjentów z zespołem Downa i u myszy będących “modelem” zespołu Downa. Ich odkrycie było wskazaniem, że: poziom protein nazywanych synaptojanin-1, które są kodowane w chromosomie 21 jest zdecydowanie wyższa w obu przypadkach i bardzo silnie powiązana z występowaniem większej liczby komórek glejowych. W przypadku normalnego mózgu istnieje wymagana równowaga miedzy neuronami a komórkami glejowymi. W momencie, gdy mamy nadmiar komórek glejowych, może to prowadzić do deficytów poznawczych typowych dla zespołu Downa. Zespół, przy tej okazji, odkrył, że synaptojanin-1 nie jest wymagany do produkcji neuronów. Innym odkryciem jest fakt identyfikacji szczególnej części molekuły synaptojanin-1, która jest odpowiedzialna za tworzenie komórek glejowych. To jest krytyczny, pierwszy krok do stworzenia leku, który będzie blokował nadmiar produkcji i powielania się komórek glejowych towarzyszących zespołowi Downa, i być może wspomoże produkcję większej liczby neuronów.

Odpowiednie tempo regeneracji i namnażania się astrocytów pozwala utrzymać mózg w dobrym stanie. Zbyt wolny proces regeneracji może prowadzić do nieefektywnej komunikacji międzykomórkowej i do rozwoju chorób neurodegeneracyjnej. Zwiększona koncentracja, intensywne uczenie oraz myślenie mogą przyczynić się do powstania nowych fal wapniowych, co daje początek rozwojowi dodatkowych astrocytów, co skutkuje rozwijaniem nowych pomysłów. Jeżeli jednak dochodzi do nadmiernego namnażania się astrocytów (niekontrolowanego i dynamicznego) pojawia się guz mózgu.

Bibliografia:

„U źródła naszych myśli” Andrew Koob, 2010

http://www.stowarzyszenie-razem.org/zdrowie/wiedza/komorki-glejowe-powod-uposledzenia-umyslowego-w-zespole-downa.html

Autorka:
Magdalena Słupek
"Mówią na mnie Dzik – na pewno coś z niego mam.. Zazwyczaj lubię mieć towarzystwo, jadam roślinki a czasem jak mnie coś wkurzy.. .niech kto na drzewo zmyka.. ;P A tak już bardziej poważnie to studiowałam psychologię na SWPS, a teraz zajmuje się poszukiwaniem mojej dalszej drogi życiowej ;)"

5 komentarzy:

Anonimowy pisze...

Nic z tego nie rozumiem, ale jest spoko ;)

Anonimowy pisze...

Jak wyżej... ;)

Anonimowy pisze...

Czy glutaminian wymieniony w artykule, to taki sam glutaminian jak w chipsach?

Magdalena Słupek pisze...

http://pl.wikipedia.org/wiki/Kwas_glutaminowy
http://pl.wikipedia.org/wiki/Glutaminian_sodu

Jest różnica ;)

Anonimowy pisze...

ale jedno jest pochodną drugiego więc niezbyt duża? :)

Prześlij komentarz

Zapraszam do komentowania. Proszę o kulturalne wyrażanie swoich poglądów. Nie akceptuję wulgaryzmów i chamstwa.

Dziękuję i zapraszam ponownie.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...