Νέα ανακάλυψη αναμένεται να βάλει "φραγμό" στις νευροεκφυλιστικές νόσους

Οι νευρώνες του εγκεφάλου βρίσκονται σε συνεχή αλληλεπίδραση με το περιβάλλον τους, απορροφώντας θρεπτικά συστατικά, χημικά σήματα και διάφορα μόρια από το υγρό που τους περιβάλλει. Η διαδικασία αυτή, γνωστή ως ενδοκυττάρωση, είναι απαραίτητη για τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου, καθώς συμβάλλει στη μάθηση, τη μνήμη και τη συντήρηση των νευρικών κυττάρων. Νέα έρευνα από το Πανεπιστήμιο Penn State αποκάλυψε έναν μέχρι σήμερα άγνωστο μηχανισμό που φαίνεται να ελέγχει αυτή τη ζωτικής σημασίας διαδικασία. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι μια μικροσκοπική δομή κάτω από την κυτταρική μεμβράνη των νευρώνων, γνωστή ως μεμβρανικός περιοδικός σκελετός (Membrane-Associated Periodic Skeleton – MPS), λειτουργεί σαν «φύλακας», ρυθμίζοντας πότε και πόσο υλικό μπορεί να εισέλθει στο κύτταρο.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances, δείχνει ότι ο MPS δεν αποτελεί απλώς έναν εσωτερικό «σκελετό» που διατηρεί το σχήμα των νευρώνων, όπως πίστευαν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες. Αντίθετα, φαίνεται να παίζει ενεργό ρόλο στον έλεγχο σχεδόν όλων των βασικών μορφών ενδοκυττάρωσης, λειτουργώντας σαν ένας μηχανισμός ελέγχου της κυκλοφορίας μέσα στο κύτταρο.

Ο επικεφαλής της έρευνας, καθηγητής Ruobo Zhou, εξηγεί ότι εδώ και πολλά χρόνια οι επιστήμονες προσπαθούν να κατανοήσουν πώς ρυθμίζεται η ενδοκυττάρωση, καθώς οι διαταραχές της συνδέονται με σοβαρές νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Όταν η διαδικασία αυτή δεν λειτουργεί σωστά, μπορεί να συσσωρεύονται παθολογικές πρωτεΐνες στον εγκέφαλο, χαρακτηριστικό που παρατηρείται στη νόσο Αλτσχάιμερ και στη νόσο Πάρκινσον.

Ο ίδιος ο Zhou είχε συμμετάσχει το 2013 στην ανακάλυψη του MPS, όταν εργαζόταν ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Harvard. Τότε θεωρούνταν ότι η δομή αυτή είχε αποκλειστικά μηχανικό ρόλο, προσφέροντας στήριξη στους νευρώνες. Η νέα μελέτη όμως αποδεικνύει ότι συμμετέχει ενεργά στη ρύθμιση της λειτουργίας των κυττάρων.

Για να διερευνήσουν τον ρόλο του MPS, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπερυψηλής ανάλυσης μικροσκόπια, ικανά να παρατηρήσουν δομές σε νανομετρική κλίμακα. Μελέτησαν νευρώνες που είχαν αναπτυχθεί στο εργαστήριο και παρακολούθησαν σε πραγματικό χρόνο τον τρόπο με τον οποίο απορροφούσαν διαφορετικά μόρια.

Στη συνέχεια τροποποίησαν πειραματικά τον MPS, προκαλώντας είτε βλάβη είτε προστασία σε ορισμένα τμήματά του. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όταν η δομή αυτή διαταρασσόταν, οι νευρώνες άρχιζαν να απορροφούν πολύ περισσότερες ουσίες και με μεγαλύτερη ταχύτητα. Αυτό σημαίνει ότι ο MPS φυσιολογικά λειτουργεί ως φραγμός, περιορίζοντας την υπερβολική είσοδο υλικών στο κύτταρο.

Οι επιστήμονες διαπίστωσαν επίσης ότι υπάρχει ένας μηχανισμός αυτοενίσχυσης. Η αυξημένη ενδοκυττάρωση προκαλούσε περαιτέρω αποδόμηση του MPS, δημιουργώντας ακόμη περισσότερα «ανοίγματα» στη δομή του. Έτσι, οι νευρώνες απορροφούσαν ακόμη περισσότερα μόρια, δημιουργώντας έναν φαύλο κύκλο που μπορεί να αποδειχθεί επιβλαβής.

Για να εξετάσουν αν αυτός ο μηχανισμός σχετίζεται με το Αλτσχάιμερ, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα κυτταρικό μοντέλο που μιμείται τα πρώιμα στάδια της νόσου. Συγκεκριμένα, αύξησαν την παραγωγή της πρόδρομης πρωτεΐνης του αμυλοειδούς (APP), η οποία αποτελεί βασικό χαρακτηριστικό της νόσου.

Όταν ο MPS αποδυναμώθηκε, οι νευρώνες απορροφούσαν την APP πολύ πιο γρήγορα. Στο εσωτερικό του κυττάρου η πρωτεΐνη αυτή μετατρεπόταν ευκολότερα σε βήτα-αμυλοειδές Αβ42, μια τοξική μορφή που αποτελεί βασικό συστατικό των πλακών που συσσωρεύονται στον εγκέφαλο των ατόμων με Αλτσχάιμερ. Τα κύτταρα με κατεστραμμένο MPS εμφάνιζαν μεγαλύτερη συγκέντρωση της τοξικής πρωτεΐνης αλλά και περισσότερα σημάδια κυτταρικού θανάτου.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο MPS λειτουργεί ως φυσικός προστατευτικός φραγμός, περιορίζοντας την είσοδο της APP και επιβραδύνοντας τη δημιουργία τοξικών πρωτεϊνών. Ωστόσο, καθώς η δομή αυτή φαίνεται να αποδυναμώνεται με την ηλικία ή κατά την εξέλιξη νευροεκφυλιστικών παθήσεων, η προστατευτική της δράση μειώνεται, επιτρέποντας την έναρξη ενός καταστροφικού κύκλου που οδηγεί σε αυξημένη παραγωγή αμυλοειδούς, περαιτέρω αποδόμηση του MPS και τελικά στον θάνατο των νευρώνων.

Απολαμβάνετε το περιεχόμενο μας? Εγγραφείτε στο newsletter μας!

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η προστασία ή η σταθεροποίηση αυτής της δομής θα μπορούσε να αποτελέσει έναν νέο θεραπευτικό στόχο. Αν στο μέλλον αναπτυχθούν φάρμακα που διατηρούν τον MPS ακέραιο, ίσως καταστεί δυνατό να επιβραδυνθούν οι πρώιμες κυτταρικές αλλοιώσεις που προηγούνται των συμπτωμάτων του Αλτσχάιμερ και άλλων νευροεκφυλιστικών νοσημάτων, ανοίγοντας νέες προοπτικές για την πρόληψη και τη θεραπεία τους.