Amerykańscy naukowcy z Johns Hopkins Medicine, wykorzystując myszy transgeniczne, przeprowadzili szereg doświadczeń dotyczących naprawy uszkodzonych obwodów mózgu. Białko wydzielane z niektórych komórek astrogleju w mózgowiu odgrywa istotną rolę w modulowaniu powstawania połączeń międzyneuronalnych, niezbędnych do uczenia się oraz tworzenia nowych wspomnień. Badacze w swoim eksperymencie opierali się na koncepcji, według której dostarczenie specjalnych nanocząsteczek białkowych pozwoliłoby na naprawę uszkodzonych ścieżek nerwowych mózgu myszy, poprzez zastąpienie brakujących protein, wypartych z astrocytów.
Obwody, które tworzą sieci neuronalne, mogą ulegać uszkodzeniom w wyniku występowania i rozwoju wielu schorzeń neurodegeneracyjnych (np. choroby Alzheimera) oraz niepełnosprawności intelektualnych (np. choroby Norrie’go). Obecne badanie dostarcza obiecujące wyniki w zakresie odbudowy zniszczonych obwodów mózgu, dzięki czemu daje także nadzieję na nowe możliwości przywracania prawidłowego funkcjonowania zmienionego chorobowo mózgowia.
“Patrzymy na fundamentalną biologię funkcjonowania astrocytów, ale prawdopodobnie odkryliśmy nowy cel do przyszłych badań nad leczeniem farmaceutycznym chorób neurodegeneracyjnych. Pomimo, iż wszystkie astrocyty w mózgu wydają się wyglądać podobnie, to wciąż podejrzewaliśmy, że komórki te mogą pełnić wyspecjalizowane, osobliwe role w mózgowiu, ponieważ dostrzegliśmy zmiany w ich strukturze przy występowaniu niektórych chorób. Mamy głęboką nadzieję, że świadome wykorzystywanie indywidualnych różnic w populacjach astrocytów pozwoli nam skutecznie sterować rozwojem mózgu, a nawet odwrócić skutki rozwoju pewnych schorzeń.” – dr Jeffrey Rothstein, współautor badania
Naukowcy skupili się na konkretnym białku astrocytów – transporterze glutaminianu 1, ponieważ wcześniejsze badania dowiodły, że w niektórych częściach mózgu zmienionego chorobowo wskutek schorzeń neurodegeneracyjnych ma miejsce utrata tych białek z komórek astrogleju.
Aby dowiedzieć się, w jaki sposób mózg decyduje, dla których komórek transporter glutaminianu 1 jest niezbędny w funkcjonowaniu, naukowcy skupili się na regionie DNA znajdującym się przed genem, który zwykle kontroluje mechanizm aktywujący i blokujący wytwarzanie tego białka. W tym celu zmodyfikowali genetycznie myszy, by wszystkie ich komórki nerwowe, w których aktywny jest ten gen, świeciły się na czerwono. Gdy brano pod uwagę długość sekwencji kodu DNA od 1000 do 7000 par zasad, każda z tych komórek świeciła w tym kolorze. Różnice w kolorze zaobserwowano dopiero, gdy analizowano największą możliwą sekwencję kodu DNA, o długości 8300 par zasad.
Aby dowiedzieć się za co odpowiadają wyraźnie widoczne tzw. “czerwone astrocyty 8.3” w mózgu myszy, badacze wykorzystali technologię pozwalającą na sortowanie komórek, tak aby oddzielić astrocyty zabarwione na czerwono od bezbarwnych w tkance mózgowej myszy. Następnie zidentyfikowali geny, które zostały włączone do wygenerowania znacznie wyższych niż zwykle poziomów czerwieni w odniesieniu do komórek nie posiadających zabarwienia. Naukowcy odkryli, że “czerwone astrocyty 8.3” uaktywniają wysoki poziom genu, który koduje białko znane jako Norrin.
Następnie zespół badaczy pobrał sekwencję kodu DNA od białka Norrin oraz od genu kodującego lokalizację astrocytów 8,3 i zebrał je do postaci nanocząsteczek. W momencie, gdy naukowcy umieścili je w mózgach myszy transgenicznych, nie posiadających białka Norrin, zauważyli, że neurony tych zwierząt zaczęły intensywnie się namnażać i powiększać, co sugerowało proces odbudowy niedziałających sieci neuronowych. Badania te powtórzono również z wykorzystaniem ludzkich neuronów. Otrzymano te same wyniki.
Naukowcy wierzą, że dzięki tym badaniom w przyszłości możliwe będzie wykorzystanie białka Norrin do leczenia niektórych rodzajów niepełnosprawności intelektualnej, takich, jak choroba Norriego.
