Έναν μέχρι σήμερα άγνωστο μηχανισμό που εξηγεί γιατί τα νευρικά κύτταρα αναπτύσσουν συνήθως έναν και μόνο μακρύ νευράξονα, τον οποίο χρησιμοποιούν για να μεταδίδουν τα σήματά τους, έφεραν στο φως ερευνητές του Γερμανικού Κέντρου Νευροεκφυλιστικών Ασθενειών (DZNE).

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature, αμφισβητεί την έως τώρα κυρίαρχη άποψη ότι ο σχηματισμός του νευράξονα καθορίζεται κυρίως από εξωτερικά ερεθίσματα. Σύμφωνα με τα νέα ευρήματα, η διαδικασία ξεκινά σε μεγάλο βαθμό από το ίδιο το νευρικό κύτταρο και συνδέεται με ρυθμικές αλλαγές στον κυτταροσκελετό του.

Τα ευρήματα μπορεί να συμβάλουν στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσεται και οργανώνεται το νευρικό σύστημα. Στην έρευνα συμμετείχαν επίσης επιστήμονες από το Μπράουνσβαϊγκ, την Αυστρία και την Ιαπωνία.

Τα νευρικά κύτταρα του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού αποτελούν ένα τεράστιο δίκτυο επικοινωνίας. Δέχονται πλήθος σημάτων από άλλα κύτταρα, αλλά μεταδίδουν τα δικά τους σήματα μέσω ενός μοναδικού, συνήθως πολύ μακριού, νευράξονα.

"Αν τα νευρικά μας κύτταρα είχαν περισσότερους από έναν νευράξονες, θα επικρατούσε χάος στον εγκέφαλο", εξηγεί ο καθηγητής Frank Bradke, νευροβιολόγος και επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο DZNE.

Το γεγονός ότι κάθε νευρικό κύτταρο αποκτά έναν μόνο νευράξονα δεν αποτελεί χαρακτηριστικό αποκλειστικά του ανθρώπου, αλλά παρατηρείται σε ολόκληρο το ζωικό βασίλειο. Πρόκειται, επομένως, για έναν θεμελιώδη μηχανισμό που συμβάλλει στην οργάνωση των συνδέσεων του εγκεφάλου και του νευρικού συστήματος.

Στα πρώτα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, τα νευρικά κύτταρα είναι σε μεγάλο βαθμό συμμετρικά. Διαθέτουν αρκετές μικρές προεκβολές, τους λεγόμενους νευρίτες.

Στη συνέχεια, όμως, ένας από αυτούς αρχίζει να ξεχωρίζει και τελικά μετατρέπεται στον νευράξονα. Η διαδικασία αυτή "σπάει" την αρχική συμμετρία του κυττάρου.

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι σημαντικό ρόλο σε αυτή την επιλογή έπαιζαν αυξητικοί παράγοντες του περιβάλλοντος του κυττάρου, οι οποίοι λειτουργούσαν ως εξωτερικά σήματα που κατεύθυναν την ανάπτυξη του νευράξονα.

Η νέα μελέτη δείχνει ότι η εικόνα είναι διαφορετική.

"Ο νευράξονας σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας αναδιοργάνωσης του κυτταροσκελετού, την οποία θέτει σε κίνηση το ίδιο το νεαρό νευρικό κύτταρο», αναφέρει ο Dr. Tien-chen Lin, πρώτος συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής στο DZNE.

Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα νεαρά νευρικά κύτταρα παρουσιάζουν μια ιδιαίτερα χαρακτηριστική ρυθμική συμπεριφορά.

Οι νευρίτες τους μεγαλώνουν για λίγο και στη συνέχεια συρρικνώνονται ελαφρά, σε έναν κύκλο που επαναλαμβάνεται κάθε λίγα λεπτά.

"Είναι σαν να κάνει το κύτταρο δύο βήματα μπροστά και ένα βήμα πίσω", εξηγεί ο Tien-chen Lin.

Η διαδικασία συνεχίζεται για περίπου 48 ώρες. Κάποια στιγμή, ένας από τους νευρίτες αποκτά το πλεονέκτημα και αναπτύσσεται σε νευράξονα, ενώ οι υπόλοιποι ακολουθούν διαφορετική πορεία και αργότερα συμμετέχουν στην πρόσληψη σημάτων από άλλα νευρικά κύτταρα.

Το φαινόμενο ήταν ήδη γνωστό στους επιστήμονες. Αυτό που παρέμενε άγνωστο ήταν ο μηχανισμός που το προκαλεί.

Καθοριστικό ρόλο φαίνεται να παίζει ο κυτταροσκελετός, ένα πολύπλοκο μοριακό δίκτυο που προσφέρει στήριξη στο κύτταρο και βρίσκεται υπό συνεχή μηχανική τάση.

Στο επίκεντρο βρίσκεται ένα πρωτεϊνικό σύμπλεγμα που ονομάζεται Arp2/3.

"Λειτουργεί σαν φερμουάρ που ανοίγει τοπικά τον κυτταρικό κορσέ", εξηγεί ο Lin.

Με αυτόν τον τρόπο, το Arp2/3 χαλαρώνει προσωρινά το δίκτυο του κυτταροσκελετού και επιτρέπει στον συγκεκριμένο νευρίτη να επεκταθεί. Η αναδιοργάνωση αυτή δεν περιορίζεται σε ένα σημείο, αλλά εξαπλώνεται μέσα στον νευρίτη σαν κύμα.

Όταν το κύμα εξασθενήσει, ο κυτταροσκελετός επανέρχεται σε πιο σταθερή κατάσταση και ο κύκλος ξεκινά ξανά. Το επόμενο «κύμα» μπορεί να αφορά τον ίδιο νευρίτη ή κάποιον άλλο.

Την ώρα που οι νευρίτες μεγαλώνουν προς τα έξω, στο εσωτερικό τους συσσωρεύονται σχετικά άκαμπτες δομικές πρωτεΐνες.

Κάποια στιγμή ένας από τους νευρίτες αποκτά αρκετή σταθερότητα ώστε να αντέξει τις δυνάμεις που ασκούνται πάνω του. Τότε μπορεί να συνεχίσει να αναπτύσσεται χωρίς να εξαρτάται πλέον από το Arp2/3.

Έτσι, ο συγκεκριμένος νευρίτης εξελίσσεται σε νευράξονα, ενώ η συνολική διαδικασία των ρυθμικών "κυμάτων" ανάπτυξης σταματά.

Οι ερευνητές δεν αποκλείουν το ενδεχόμενο εξωτερικοί παράγοντες να επηρεάζουν τη διαδικασία. Ωστόσο, τα μέχρι τώρα δεδομένα δείχνουν ότι ο βασικός μηχανισμός που οδηγεί στον σχηματισμό του νευράξονα ξεκινά από το ίδιο το κύτταρο.

Το επόμενο μεγάλο ερώτημα είναι τι ακριβώς δίνει το αρχικό σήμα για την αναδιοργάνωση του κυτταροσκελετού. Οι επιστήμονες θέλουν επίσης να κατανοήσουν γιατί η διαδικασία είναι ρυθμική, γιατί αφορά κάθε φορά έναν μόνο νευρίτη και γιατί σταματά όταν ένας από αυτούς αποκτήσει το απαιτούμενο μέγεθος και τη σταθερότητα.

"Πιθανότατα το νεαρό νευρικό κύτταρο ακολουθεί ένα πρωτόκολλο που είναι καταγεγραμμένο στο γενετικό του υλικό", εκτιμά ο Frank Bradke.

Το συγκεκριμένο γενετικό πρόγραμμα, ωστόσο, παραμένει άγνωστο, όπως και αρκετοί από τους μηχανισμούς που το ρυθμίζουν. Για τους ερευνητές, αυτό σημαίνει ότι η προσπάθεια αποκάλυψης του τρόπου με τον οποίο τα νευρικά κύτταρα οργανώνονται και συνδέονται μεταξύ τους μόλις έχει αρχίσει.

Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Σε άνοδο τα πειραματικά εμφυτεύματα εγκεφάλου - Τι γίνεται μετά το τέλος των μελετών;
Καρδιολογικές επεμβάσεις με καθετήρα: Η σειρά των δύο παρεμβάσεων φαίνεται να μην έχει σημασία
Αγαπηδάκη: Στην Ιχθυόσκαλα Νέας Μηχανιώνας μαζί με τις ΚΟΜΥ για προληπτικές εξετάσεις στους ψαράδες