Az idegrendszeri információfeldolgozási zavarok jobb megértését is elősegíthetik azok a kutatási eredmények, amelyekről a Nature-ben számolt be négy amerikai társával együtt a cikket megosztott elsőszerzősként jegyző Makara Judit. A kutató tavaly tért haza az Egyesült Államokból, hogy az Akadémia kiválósági programjának keretében önálló csoportot vezessen az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben.
A kétgyermekes fiatal kutatóorvos PhD fokozatát Spät András akadémikus vezetésével szerezte meg a Semmelweis Egyetem Élettani Intézetében. Itt fordult érdeklődése a kutatómunka felé, 2003-ban pedig Freund Tamás akadémikus kutatócsoportjának tagjaként az MTA KOKI-ban kezdett el idegkutatással foglalkozni. A hazai indulás után 2006-tól az Egyesült Államokban, a Howard Hughes Medical Institute Janelia Farm Research Campus-on dolgozott. Immár több mint egy éve a Lendület program nyerteseként önálló kutatócsoportot vezet, amely az idegsejtek információ-feldolgozásával foglalkozik.
     Az idegsejtek nagy részén a más sejtektől érkező információ átadása a fogadó nyúlványokon (vagyis a dendriteken) elhelyezkedő "tüskéken" található szinaptikus kapcsolatokon keresztül történik. A rangos folyóiratban most megjelent publikáció egyik fő megállapítása, hogy a tüskék elektromos tulajdonságai jelentősen befolyásolhatják az idegsejtek információtárolási képességét. "A kísérleteket még a tengerentúlon, Jeffrey Magee laboratóriumában kezdtük el, ahol hazatérésem előtt posztdoktori kutatóként dolgoztam" – nyilatkozta az mta.hu-nak Makara Judit. A dendritek szerepét feltáró kutatásait a Lendület keretében Budapesten folytató fiatal idegtudós a cikk első változatának írásakor már megkezdte munkáját az MTA KOKI-ban, és a bírálók által kért további kísérletek egy részét is abban az új laboratóriumban végezte el társaival, amelyet az elmúlt egy évben szerelt fel: "Teljesen a nulláról kellett megterveznünk és berendeznünk, de öt hónap alatt sikerült egy működő labort beüzemelnünk, beleértve az első mérőműszer-rendszer felépítését, amely kétfoton mikroszkópián alapuló képalkotó és stimuláló, valamint elektrofiziológiai technikát egyesít."
     A Nature-ben publikált vizsgálatok egyik legfőbb eredményeként volt laborvezetőjével, Jeffrey Mageevel és a szintén nála dolgozó Mark Harnettel közösen kétfoton-mikroszkópia és elektrofiziológiai módszerek kombinálásával a korábbiaknál jóval közvetlenebb módszerrel sikerült a tanulásban és emlékezésben központi szerepet játszó agyterület, a hippokampusz ún. piramissejtjeiben kísérletesen megmérniük, hogy a szinaptikus aktiváció által a tüskefejben létrehozott feszültségjelekhez képest mennyivel válnak kisebbé a fogadó dendritben kiváltott feszültségválaszok. A kutatók közvetlenül kiszámították egy alapvető idegsejtjellemző, a tüskenyak elektromos ellenállását, amely a korábban feltételezettnél magasabbnak bizonyult. A dendritek egy terebélyes fa különböző hosszúságú ágaihoz hasonlóan körbeveszik a sejt központi részét. A kutatók ezt a "fát" vizsgálva kimutatták, hogy a feszültségjelek tüskenyakon keresztüli gyengülése nagy mértékben függ a tüskének a dendritfán elfoglalt pontos helyétől, azaz hogy vastag fő- vagy vékony mellékágon, illetve azon belül a dendrit elején vagy végén helyezkedik-e el. "Ennek következtében az egyes szinapszisok közötti elektromos kölcsönhatás várhatóan szintén változó lehet attól függően, hogy a szinapszisok hol helyezkednek el a dendritfán" – mondta Makara Judit.
Fluoreszcens festékkel feltöltött idegsejtek (Forrás: Makara Judit)
Fluoreszcens festékkel
feltöltött idegsejt dendritjei
(Forrás: Makara Judit)
    A mérések eredményét kollaborátoraikkal számítógépes idegsejtmodellben is igazolták. "Eredményeink alapján úgy gondoljuk, hogy a dendrittüskék elektromos tulajdonságai jelentősen befolyásolják az idegsejtek információtárolási képességét" – foglalta össze megállapításuk lényegét a fiatal kutató. Mint elmondta, az idegkutatás egyik alapvető problémája annak megértése, milyen stratégiák alkalmazásával oldja meg az ideghálózat az óriási mennyiségű információ tárolását. Az információ tárolása különböző szinteken valósulhat meg, az egyes szinaptikus kapcsolatok működésének módosításától kezdve az idegsejten mint kódoló egységen át a bonyolult hálózati kódolásig, és ezek a mechanizmusok minden bizonnyal egymással is szorosan összefüggenek. "Korábbi munkáink már rávilágítottak, hogy az idegsejten belül a dendritfa különböző részei is többé-kevésbé elkülönülten működő kódoló egységként viselkedhetnek, amelyek képesek bizonyos információmintázatok felismerésére és akár »megtanulására«, így az információtárolásnak egy további szintjét jelentik, megnövelve ezzel a lehetséges kódolási mechanizmusok repertoárját" – magyarázta Makara Judit.
     A dendrittüskék morfológiai és funkcionális eltérése számos idegrendszeri betegség – például az Alzheimer-kór és más mentális zavarok – esetében jellemző. A tüskék normális működésének, elektromos tulajdonságainak jobb megismerése tehát hozzájárulhat az idegrendszeri információfeldolgozási zavarok megértéséhez.