Az agy építőmesterei: hogyan születik meg az agyunk?

Van egy elég hihetetlen gondolat: most, ebben a pillanatban大约nyolcvanhatezer milliárd idegsejt dolgozik a fejünkben. Ezek hozzák létre a gondolatainkat, az emlékeinket, minden tapasztalatunkat. De ami igazán megdöbbentő: mielőtt megszülettünk volna, néhány sejtnek meg kellett tanulnia, hogyan építse fel ezt a hatalmas rendszert. Útmutató nélkül. Tervrajz nélkül. Csak sejtek, amelyek döntéseket hoztak.

A UCLA kutatói pont ezt a rejtélyt vizsgálják, és amit találtak, az igazán lenyűgöző.

A legmenőbb sejtek, amikről soha nem hallottál

Ismerkedj meg a radiális gliasejtekkel – ők egy kicsit több figyelmet érdemelnének. Ezek a különleges őssejtek az agy korai építőmesterei. Az ő feladatuk, hogy megalkossák az idegsejteket és a támogató sejteket, amelyekből végül az agykéreg lesz – ez a kérges külső réteg, ami a gondolkodásért, a nyelvért és a személyiségünkért felelős.

„Ezek a legmenőbb sejtek, amik valaha léteztek" – mondja Dr. Aparna Bhaduri, a UCLA professzora. És őszintén szólva, nem téved.

A radiális gliasejtek gyakorlatilag megteremtik azokat az agystruktúrákat, amelyek minket emberré tesznek. Sokkal több olyan „felső rétegű" idegsejtet termelnek, amelyek a mi agykéregünknek azt a hatalmas felszínét adják, ami más fajokhoz képest ennyire kiterjedt.

De itt jön a igazán érdekes rész: a radiális gliasejtek nagy része eltűnik, mire megszületünk. Úgy működnek, mint egy építőcsapat, ami befejezi az épületet, aztán felszívódik. Azonban – és itt válnak igazán hátborzongatóvá – nagyon hasonló sejtek később, az életünk későbbi szakaszában visszatérnek. Egészen pontosan az agydaganatokban. A tudósok még mindig nem értik, miért történik ez, és ez teszi őket még izgalmasabbá a kutatás szempontjából.

Az anyagcsere: az agy projektmenedzsere

Az első két átütő tanulmány egyikében Dr. Bhaduri csapata valamit talált, ami még a kutatókat is meglepte: az anyagcsere nem csak passzívan üzemanyagként működik az agyfejlődésben – aktívan irányítja is, milyen sejttípusok jönnek létre.

Gondolj az anyagcserére úgy, mint a sejtek energiafeldolgozó rendszerére. Általában úgy gondolunk rá, mint valami háttérben zajló munkára – a sejtek tápanyagokat vesznek fel és energiává alakítják őket. De ez a kutatás, amit a Cell folyóiratban publikáltak, azt mutatja, hogy az anyagcsere sokkal inkább olyan, mint egy építőtelepi művezető, aki ténylegesen döntéseket hoz a projekt során.

A csapat létrehozott egy úgynevezett „anyagcsere-atlaszt" a fejlődő emberi agykérgen – egy részletes térképet, amely megmutatja, hogyan dolgozzák fel a különböző sejtek a tápanyagokat a fejlődés különböző szakaszaiban. A kutatók felfedezték, hogy a radiális gliasejtek erősen támaszkodnak a pentóz-foszfát útvonalra, ami segít a gyorsan osztódó sejteknek megkapni a szükséges nyersanyagokat.

Amikor a kutatók beavatkoztak ebbe az anyagcsere-útvonalba vagy csökkentették a rendelkezésre álló glükózt, valami figyelemre méltó történt: az őssejtek teljesen megváltoztatták a termelési tervüket. Elkezdtek gátló neuronokat és más sejttípusokat előállítani, amelyek normális esetben csak sokkal később jelennének meg a fejlődés során.

Olyan ez, mintha egy gyár, amely eddig sedanokat gyártott, hirtelen sportkocsik gyártására állna át, mert valaki megváltoztatta egy bizonyos csavar beszállítóját. A sejt környezete közvetlenül befolyásolta, mit épít.

Ez az eredmény hatalmas jelentőségű. Azt sugallja, hogy az anyai táplálkozás, az anyagcsere-zavarok és más környezeti tényezők közvetlenül befolyásolhatják, hogyan fejlődik a baba agya – nem csak az általános egészségügyi hatásokon keresztül, hanem ezeken a konkrét anyagcsere-beszélgetéseken át, amelyek a sejtek szintjén zajlanak.

Az agy korai madárjele

De az anyagcsere nem az egyetlen dolog, amire a radiális gliasejtek hallgatnak. A második tanulmányban, amelyet a Science folyóiratban publikáltak, a UCLA csapat valami egyformán lenyűgözőt talált, egy váratlan irányból: a talamuszból érkező jelekből.

A talamusz egy kis struktúra, mélyen az agyunkban, amely reléállomásként működik, segítve az információ áramlását az idegrendszerünkben. A tudósok már tudták, hogy a talamuszi neuronok hosszú nyúlványokat küldenek az agykéreg felé, végül olyan kapcsolatokat képezve, amelyek lehetővé teszik a különböző agyterületek kommunikációját.

Itt van a rejtély: emberekben ezek a nyúlványok jóval a végleges kapcsolataik kialakulása előtt elérik az agykérget. Nagyon korán a fejlődés során. Ez pedig nyilvánvaló kérdést vet fel: miért érkeznének ilyen korán, ha nem is kapcsolódnak azonnal?

Emberi őssejtből származtatott agy-„assembloidokat" használva (amelyek gyakorlatilag laborban növesztett mini-agyak – mennyire menő?), a kutatók megtalálták a válasz egy részét. Ezek a talamuszi nyúlványok nem csak passzívan várnak. Fizikailag érintik a radiális gliasejteket, amíg az agy még épül.

És ez az érintés mindent megváltoztat.

Amikor a nyúlványok hozzáérnek az őssejtekhez, az elindítja őket, hogy több gerjesztő neuron termeljenek – ezek az agykéreg jeltovábbító munkásai. Ez a hatás különösen erős volt azoknál a felső rétegű neuronoknál, amelyek az emberi agyban annyira kiterjedtek más fajokhoz képest.

„Már tudtuk, hogy ezek a nyúlványok befolyásolják, hogyan fejlődik az agykéreg" – magyarázta Dr. Bhaduri. „Amit konkrétan megtaláltunk, hogy ez a befolyás egy tényleges fizikai kapcsolaton keresztül valósul meg a nyúlványok és a radiális gliasejtek között – egy érintkezési pont, amelyet korábban nem azonosítottak, és amely nagy valószínűséggel nem létezik rágcsálókban."

Hagyd, had sink in for a moment for a moment. Vannak fizikai kapcsolatok az agyterületek között, amelyek segítenek irányítani a fejlődést, és ezek a kapcsolatok talán egyediek számunkra. Ez lehet egy része annak, ami az emberi agyfejlődést megkülönbözteti mondjuk aegér agyfejlődésétől.

Mit jelent ez önmagunk megértéséhez?

Szóval miért számít mindez? Először is, a radiális gliasejtek sok neurológiai fejlődési rendellenesség, neuropszichiátriai állapot és rákos megbetegedés középpontjában állnak. Megérteni, hogyan hoznak döntéseket – az anyagcsere-beszélgetéseiket, a fizikai kapcsolataikat, az időzítésüket – az első lépés afelé, hogy megértsük, mi romlik el, amikor valami rosszul sül el.

A kutatás emellett lenyűgöző kérdéseket nyit meg arról, mi teszi az emberi agyat különlegessé. Nem csak kis változatokról van szó ugyanabban az alapvető tervben. Úgy tűnik, az embereknek egyedi fejlődési mechanizmusai vannak – fizikai kapcsolatok és anyagcsere-útvonalak, amelyek talán más fajoknál nem léteznek ugyanígy.

Az agyunkban minden egyes idegsejtet ezeknek a parányi építőcsapatoknak kellett megalkotniuk, végtelen döntéseket hozva arról, mit építsenek és hová. És most kezdjük megérteni azt az útmutatót, amit követtek. Mennyire menő ez?

Nem tudom, te mit gondolsz, de én azt hiszem, ez egy pillanatnyi csodálkozást mindenképpen megér.

Forrás: ScienceDaily