Στο Ερευνητικό Κέντρο Βιοϊατρικών Επιστημών "Αλέξανδρος Φλέμινγκ" πραγματοποιείται έρευνα αιχμής με στόχο την κατανόηση των μοριακών μηχανισμών πολύπλοκων βιολογικών διαδικασιών. Το Κέντρο συμβάλλει στην καινοτομία στην Ιατρική αναπτύσσοντας νέες θεραπευτικές και διαγνωστικές μεθόδους, εστιάζοντας στην ανοσία και τη φλεγμονή, στον καρκίνο και στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Η δρ Μυρτώ Δεναξά, συνεργαζόμενη ερευνήτρια στο "Αλέξανδρος Φλέμινγκ" και υπότροφος του Ιδρύματος Σταύρος Νιάρχος, μιλά στο «Πρίσμα» για την έρευνα που διεξάγεται στο εργαστήριό της.
Στο εργαστήριό σας ασχολείστε με τη μελέτη μιας ομάδας νευρώνων του εγκεφάλου που ονομάζονται διάμεσοι νευρώνες. Ποιος είναι ο ρόλος τους;
Στον εγκεφαλικό φλοιό, την περιοχή του εγκεφάλου των θηλαστικών που εκτελούνται σύνθετες γνωστικές λειτουργίες, όπως η σκέψη, ο λόγος και η μνήμη, εντοπίζουμε δύο μεγάλες ομάδες νευρώνων, τους διεγερτικούς νευρώνες και τους διάμεσους νευρώνες. Οι διεγερτικοί νευρώνες είναι η μεγαλύτερη ομάδα νευρώνων του φλοιού. Δέχονται πληροφορίες με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων από νευρώνες που ενεργοποιούνται από εξωτερικά ερεθίσματα, π.χ. ο ήχος της κόρνας ενός αυτοκινήτου. Νευρωνικά δίκτυα του εγκεφάλου, δηλαδή πολλοί νευρώνες που συνδέονται μεταξύ τους, επεξεργάζονται τις πληροφορίες αυτές και ακολούθως οι διεγερτικοί νευρώνες του φλοιού στέλνουν ηλεκτρικά σήματα σε νευρώνες της περιφέρειας, η δραστηριότητα των οποίων οδηγεί στην εκδήλωση μιας συμπεριφοράς, π.χ. σταματάμε να βαδίζουμε. Οι διάμεσοι νευρώνες αποτελούν τη μικρότερη ομάδα νευρώνων του φλοιού (20%-25% του συνολικού πληθυσμού νευρώνων του φλοιού), ωστόσο η δράση τους είναι καθοριστικής σημασίας για τις λειτουργίες του εγκεφαλικού φλοιού. Ρόλος τους είναι να ρυθμίζουν τη λειτουργία των προαναφερθέντων διεγερτικών νευρώνων καταστέλλοντας κατά κανόνα τη δραστηριότητά τους. Με τον τρόπο αυτό καθορίζουν το αν, πότε και πόσοι διεγερτικοί νευρώνες θα ανταποκριθούν σε σήματα που δέχονται από την περιφέρεια και έτσι παίζουν ουσιαστικό ρόλο στη δημιουργία των εγκεφαλικών κυμάτων. Τα εγκεφαλικά κύματα αποτελούν επαναλαμβανόμενα, ρυθμικά μοτίβα ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου και η παρουσία τους σχετίζεται άμεσα με την επεξεργασία της πληροφορίας που δέχεται ο εγκέφαλος από την περιφέρεια. Συνεπώς, οι διάμεσοι νευρώνες παίζουν σημαντικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε και ανταποκρινόμαστε στα εξωτερικά ερεθίσματα. Θα μπορούσαμε να τους παρομοιάσουμε με τον μαέστρο που διευθύνει το ταυτόχρονο και συγχρονισμένο παίξιμο των μουσικών μιας ορχήστρας (διεγερτικοί νευρώνες) έτσι ώστε να επιτευχθεί αρμονία και σωστή απόδοση του μουσικού έργου (εγκεφαλική λειτουργία / συμπεριφορά). Επιπλέον, στα διάφορα εγκεφαλικά νευρωνικά δίκτυα έχουμε συνεχώς μια μάχη μεταξύ διέγερσης και καταστολής των νευρώνων που τα αποτελούν. Η ισορροπία μεταξύ των δύο αυτών αντίθετων δράσεων είναι ουσιαστική για την ομαλή λειτουργία του εγκεφάλου. Σε παθολογικές καταστάσεις η ισορροπία αυτή διαταράσσεται. Η κατασταλτική λοιπόν δράση των διάμεσων νευρώνων είναι σημαντική έτσι ώστε η λειτουργία των νευρωνικών δικτύων του εγκεφάλου να μην αποκλίνει από το βέλτιστο εύρος ηλεκτρικής δραστηριότητας.
Η δυσλειτουργία των διάμεσων νευρώνων συνδέεται με συγκεκριμένες παθήσεις;
Όπως αναφέραμε, η ισορροπία μεταξύ διέγερσης και καταστολής είναι καθοριστική για την ηλεκτρική δραστηριότητα και συνεπώς τη λειτουργία του εγκεφάλου. Αν και υπάρχουν πολλοί μηχανισμοί, σύγχρονες μελέτες καθιστούν τους διάμεσους νευρώνες ως τον βασικό κυτταρικό πληθυσμό που ελέγχει την υπερδιέγερση, την αυξημένη δηλαδή ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου. Πράγματι, η παθολογική υπερδιέγερση νευρωνικών (νευρικών) δικτύων του φλοιού του εγκεφάλου, όπως για παράδειγμα οι διάφοροι τύποι επιληψίας, σχετίζεται με τη δυσλειτουργία των διάμεσων νευρώνων και πολλές μεταλλάξεις που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένα σύνδρομα επιληψίας χαρτογραφούνται σε γονίδια που ρυθμίζουν την ανάπτυξη και λειτουργία των διάμεσων νευρώνων. Φαίνεται, ωστόσο, πως η εκδήλωση επιληψίας δεν είναι η μοναδική συνέπεια της δυσλειτουργίας των συγκεκριμένων νευρώνων. Πρόσφατες μελέτες τόσο σε ανθρώπους όσο και σε οργανισμούς μοντέλα, όπως οι μύες (τα ποντίκια), δείχνουν πως μικρότερες αποκλείσεις από την ομαλή ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου χαρακτηρίζουν πολλά ψυχιατρικά σύνδρομα, όπως η σχιζοφρένεια και ο αυτισμός, καθιστώντας έτσι τους διάμεσους νευρώνες πιθανούς υπόπτους για τις εν λόγω ασθένειες. Η θεωρία της δυσλειτουργίας των διάμεσων νευρώνων ως αίτιο για την εμφάνιση των παραπάνω ψυχιατρικών συνδρόμων διατυπώθηκε για πρώτη φορά μετά την παρατήρηση ιστολογικών δειγμάτων από ασθενείς που έπασχαν από σχιζοφρένεια, στα οποία παρατηρήθηκε μικρότερος αριθμός διάμεσων νευρώνων. Ακολούθως, πολλές μελέτες έδειξαν πως λάθη στην επικοινωνία, δηλαδή στις νευρικές συνάψεις, των διάμεσων νευρώνων με τους διεγερτικούς νευρώνες συμβάλλουν στην εμφάνιση σχιζοφρένειας. Πλέον, ένας μεγάλος αριθμός γονιδίων που συνδέονται με την εμφάνιση σχιζοφρένειας φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και λειτουργία των διάμεσων νευρώνων ενισχύοντας την παραπάνω θεωρία. Αντίστοιχες μελέτες σε ανθρώπους και μύες εμπλέκουν γονίδια σχετιζόμενα με την εμφάνιση αυτισμού με τη δυσλειτουργία των διάμεσων νευρώνων. Αξίζει να σημειωθεί πως, αν και η θεωρία της δυσλειτουργίας των διάμεσων νευρώνων ως αίτιο για την εμφάνιση κάποιων νευροψυχιατρικών παθήσεων κερδίζει συνέχεια έδαφος, βρισκόμαστε μόνο στην κορυφή του παγόβουνου, ενώ η πολυπλοκότητα των συγκεκριμένων ασθενειών υποδηλώνει ένα πολυπαραγοντικό υπόβαθρο για την εμφάνισή τους. Με άλλα λόγια, δεν περιμένουμε ένα συγκεκριμένο γονίδιο να είναι αποκλειστικά υπεύθυνο για τέτοιου είδους πολύπλοκες παθολογίες όπως αυτές του εγκεφάλου.
Πού εστιάζεται η έρευνα του εργαστηρίου;
Η έρευνα που πραγματοποιούμε στο εργαστήριό μας εστιάζει στην ανακάλυψη μοριακών και κυτταρικών μηχανισμών που ελέγχουν την ανάπτυξη και ειδικά την ωρίμανση των διάμεσων νευρώνων του φλοιού του εγκεφάλου των θηλαστικών. Με τον όρο ωρίμανση χαρακτηρίζουμε τα τελικά στάδια ανάπτυξης των νευρώνων τα οποία αφορούν διαδικασίες όπως η δημιουργία συνάψεων, των κυτταρικών εκείνων δομών που είναι απαραίτητες για την επικοινωνία των νευρώνων μεταξύ τους. Λόγω του ότι τα στάδια αυτά της ωρίμανσης, της απόκτησης δηλαδή του οριστικού λειτουργικού χαρακτήρα ενός διάμεσου νευρώνα, πραγματοποιούνται μετά τη γέννηση, ενδιαφερόμαστε όχι μόνο για τη μελέτη ενδογενών γονιδιακών μηχανισμών, αλλά και για το πώς η δράση των γονιδίων μπορεί να τροποποιηθεί από το περιβάλλον, π.χ. ένα φτωχό σε ερεθίσματα περιβάλλον που συνάδει κατά κανόνα με ελαττωμένη εγκεφαλική ηλεκτρική δραστηριότητα πώς μπορεί να επηρεάσει τη δημιουργία των κατασταλτικών νευρωνικών δικτύων, καθώς και τη μετέπειτα συμπεριφορά του οργανισμού. Για τον λόγο αυτό κατασκευάζουμε και μελετάμε ζωϊκά μοντέλα στα οποία έχουμε καταστείλει τη λειτουργία συγκεκριμένων γονιδίων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη των ενδιάμεσων νευρώνων. Παράλληλα, έχουμε αναπτύξει προσεγγίσεις μικροχειρουργικής που πραγματοποιούμε για τη φαρμακογενετική τροποποίηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου αλλά και για τη μελέτη της μεταμόσχευσης εμβρυϊκών ενδιάμεσων νευρώνων στην αποκατάσταση της ομαλής ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου.
Που αποσκοπεί η έρευνά σας και ποιες είναι οι δυνατότητες στο μέλλον;
Σκοπός της έρευνάς μας είναι, μελετώντας την ανάπτυξη των διάμεσων νευρώνων, να κατανοήσουμε τα γενεσιουργά αίτια νευροαναπτυξιακών νόσων όπως η επιληψία, η σχιζοφρένεια και ο αυτισμός. Πιστεύουμε πως μελλοντικά η έρευνά μας θα συμβάλει στην ταυτοποίηση νέων θεραπευτικών γονιδίων-στόχων, αλλά και στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων που θα βελτιώσουν τη ζωή χιλιάδων ασθενών.
Περισσότερες πληροφορίες: www.fleming.gr/denaxa-lab
Λήδα Αρνέλλου
