Komórki mikrogleju stanowią istotną część układu odpornościowego mózgu. Ich długie wypustki nieustannie poruszają się, monitorując otoczenie. W ciągu godziny potrafią sprawdzić każdy punkt, którego mogą dosięgnąć. A potem zaczynają od nowa. Proces ten zachodzi bez przerwy – podczas snu i czuwania, niezależnie od stanu zdrowia organizmu. Jest to wyjątkowe zachowanie, którego nigdy nie zaobserwowano w przypadku jakichkolwiek innych komórek. Wiodąca (do tej pory) teoria głosi, iż służy ono wyłącznie detekcji infekcji bądź uszkodzenia, bowiem kiedy komórka mikrogleju odkryje któreś z nich, natychmiast wysyła tam swoje wypustki.
“Nigdy nie byłam do końca przekonana co do tej teorii. Dlaczego komórka miałaby poświęcać tyle energii czemuś, co może nigdy się nie wydarzyć? Zawsze przeczuwałam, że istnieje jeszcze jakiś powód, dla którego komórki mikrogleju są w nieustannym ruchu. Przypuszczałam, że ma to związek z normalnym funkcjonowaniem mózgu” – opowiada Katerina Akassoglou, naukowiec z Instytutu Gladstone w San Francisco, niezależnego centrum badań biomedycznych. Jej najnowszy artykuł, opublikowany w prestiżowym czasopiśmie ‘Nature Neuroscience’, podsumowuje niemal dekadę badań nad zachowaniem komórek mikrogleju i ujawnia jego nieoczekiwaną rolę w utrzymywaniu homeostazy mózgu.
Katerina Akassoglou była przekonana, że aby sprawdzić jaką funkcję pełni ciągły ruch komórek mikrogleju, należy go zatrzymać. Zadanie to, pozornie proste, zajęło jej zespołowi dziesięć lat badań na modelu zwierzęcym. Wreszcie naukowcom udało się stworzyć populację genetycznie zmodyfikowanych myszy, u których komórki mikrogleju były żywe, lecz ich wypustki nie poruszały się. W ten sposób badacze uzyskali szansę sprawdzenia, co stanie się z mózgiem, kiedy zatrzyma się działanie mikrogleju.
Początkowo wydawało się, że funkcjonowanie myszy nie uległo żadnej zmianie. Jednak naukowcy nie tracili wiary w swoją intuicję. Ich cierpliwość została nagrodzona. Pewnego dnia Victoria Rafalski, współautorka badania i adiunkt w laboratorium Akassoglou, zaobserwowała coś nieoczekiwanego – jedna z myszy dostała napadu drgawek.
“Właśnie wtedy zorientowaliśmy się, że istnieje zależność między prawidłowym działaniem komórek mikrogleju a epilepsją. To była pierwsza wskazówka, że ruch wypustek tych komórek może powstrzymywać nadpobudliwość neuronów. Przypuszczalnie to dlatego ten nieustanny monitoring otoczenia jest potrzebny” – wspomina Rafalski.
Zespół postanowił zgłębić zależność między działaniem mikrogleju a pobudliwością neuronów. W tym celu badacze wykorzystali najnowsze zdobycze technologii mikroskopowych oraz zaawansowaną analizę obrazu, które połączyli w autorską metodę obserwacji interakcji żywych komórek mózgu. Następnie zastosowali ją w praktyce “podglądając” mikroglej i neurony, podczas gdy myszy biegały wewnątrz kołowrotka, a naukowcy łaskotali ich pojedyncze wąsiki. Dla tych gryzoni wąsiki są niczym dla ludzi palce – służą do aktywnej eksploracji okolicy. Z tego względu każdy wąsik jest “obsługiwany” przez indywidualny neuron kory baryłkowej, nazwanej tak ze względu na topograficzną organizację jej komórek. Naukowcy skorzystali z tej struktury, by dowiedzieć dokładnie, na które neurony zwrócić uwagę podczas analizy danych.
Rezultaty okazały się zdumiewające – i absolutnie sprzeczne z wiodącą teorią działania mikrogleju. Badacze odkryli, że wypustki tych komórek poruszają się nieprzypadkowo. Wysuwają się przede wszystkim w kierunku najbardziej aktywnych neuronów. Monitorują je jeden po drugim, a dopiero na końcu zbliżają się do tych najmniej aktywnych. Co najważniejsze, kiedy wypustka mikrogleju dotknie komórki nerwowej, aktywność tej ostatniej przestaje wzrastać.
“Komórki mikrogleju w jakiś sposób wyczuwają stopień pobudzenia neuronów. Kiedy odkryją, że któryś z nich może stać się nadaktywny, zapobiegają temu – jednocześnie powstrzymując możliwy atak drgawek. Natomiast w przypadku genetycznie zmodyfikowanych myszy o ‘zamrożonych’ komórkach mikrogleju, aktywność neuronów wzrastała ciągle podczas łaskotania. Dzięki temu zrozumieliśmy rolę mikrogleju w regulacji aktywności neuronalnej mózgu – działa on poniekąd jak termostat, który utrzymuje bezpieczny poziom temperatury” – wyjaśnia Mario Merlini, kolejny współautor badania, a obecnie lider laboratorium Uniwersytetu Caen Normandie we Francji.
W ten oto sposób naukowcom udało się zidentyfikować prawdziwą funkcję nieustającego ruchu wypustek mikrogleju. Okazało się, że jest niezbędny w utrzymaniu fizjologicznej homeostazy mózgu. Monitoruje aktywność neuronów i utrzymują ją w normalnym zakresie, powstrzymując jej nadmiar, czyli nadpobudliwość komórki.
“Istnieje wiele chorób mózgu, w których zdolność mikrogleju do monitorowania mózgu jest uszkodzona. Teraz mamy model, w którym możemy badać poznawcze i fizjologiczne konsekwencje tego zjawiska w schorzeniach takich jak choroba Alzheimer, stwardnienie rozsiane a także infekcje wirusowe typu COVID-19” – opowiada Akassoglou.
Fakt, iż ruch mikrogleju zapobiega nadpobudliwości komórek mózgu ma również implikacje terapeutyczne. Mianowicie farmakologiczne wzmocnienie działania mikrogleju mogłoby wyciszać nadaktywność neuronów. Naukowcy skutecznie zastosowali tę metodę by “odmrozić” mikroglej genetycznie zmodyfikowanych myszy.
