Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Tufts Üniversitesi Tıp Fakültesi'nden araştırmacılar, beyindeki tüm hücrelerin neredeyse yarısını oluşturan bir hücre türü olan astrositler tarafından gerçekleştirilen daha önce bilinmeyen bir işlevi keşfettiler.

Her şey astrositlerin dış dünyadan girdi alan beyin ve sinir sisteminin temel hücreleri olan nöronlarla nasıl etkileşime girdiğine bağlı. Nöronlar, karmaşık bir dizi elektriksel ve kimyasal sinyal aracılığıyla beynin farklı alanları arasında ve beyin ile sinir sisteminin geri kalanı arasında bilgi iletir.

Şimdiye kadar bilim insanları astrositlerin önemli olduğunu zaten düşünmekteydiler, ama bu aktivitede daha az rolleri olduğu düşünülüyordu. Astrositler, elektriksel uyarıları ileten bir nöronun uzun, ince projeksiyonu olan aksonların büyümesine rehberlik ederler. Ayrıca, elektrik sinyallerinin beyin ve sinir sistemi boyunca transferini sağlayan kimyasallar olan nörotransmiterleri de kontrol ederler. Ek olarak, astrositler kan-beyin bariyerini oluştururlar ve yaralanmaya karşı tepki verirler. Öte yandan şimdiye kadar çok önemli nöronlar gibi elektriksel olarak aktif görünmüyorlardı.

Tıp Fakültesi ve Biyomedikal Bilimler Enstitüsü'nde nörobilim doçenti ve Nature Neuroscience tarafından 28 Nisan 2022 tarihinde yayınlanan makalede ilgili yazar olan Chris Dulla, “Astrositlerin elektriksel aktivitesi nöronların işleyişini değiştiriyor. Beyindeki en önemli iki hücrenin birbirleriyle konuşmasının yeni bir yolunu keşfettik. Beynin nasıl çalıştığı hakkında çok fazla bilinmeyen olduğundan, beyin fonksiyonlarını kontrol eden yeni temel süreçleri keşfetmek nörolojik hastalıklar için yeni tedaviler geliştirmenin anahtarıdır” dedi.

Ekip, daha önce gözlemlenemeyen beyin hücresi etkileşimlerinin elektriksel özelliklerini görmelerini ve incelemelerini sağlayan bir teknik geliştirmek için yepyeni bir teknoloji kullandı. Tıp Fakültesi'nde nörobilim dalından Yrd. Doç. Moritz Armbruster, "Bu yeni araçlarla biyolojinin tamamen yeni yönlerini ortaya çıkardık. Daha iyi araçlar geldikçe, örneğin sürekli olarak yeni floresan sensörler geliştirildikçe, daha önce düşünmediğimiz şeyleri daha iyi anlayacağız" dedi.

Dulla astrositleri şöyle açıklıyor, "Yeni teknoloji, elektriksel aktiviteyi ışıkla görüntülüyor. Nöronlar elektriksel olarak çok aktif ve yeni teknoloji, astrositlerin de elektriksel olarak aktif olduğunu görmemizi sağlıyor. Beyinde her şeyin uyumlu olduğundan emin olmak ve bir şeyler ters giderse, bir yaralanma veya viral enfeksiyon varsa, onu tespit eder, yanıt vermeye çalışır ve ardından beyni saldırıdan korumaya çalışır. Bundan sonra yapmak istediğimiz şey, bu saldırılar gerçekleştiğinde astrositlerin nasıl değiştiğini belirlemek” dedi.

Nöron-nöron iletişimi, nörotransmiterler adı verilen kimyasal paketlerin salınması yoluyla gerçekleşir. Bilim insanları, astrositlerin nörotransmiterleri kontrol ettiğini ve nöronların sağlıklı ve aktif kalmasını sağlamaya yardımcı olduğunu biliyorlardı. Öte yandan yeni çalışma, nöronların ayrıca astrositin elektriksel aktivitesini ve nörotransmiterleri nasıl kontrol ettiğini değiştiren potasyum iyonları saldığını ortaya koyuyor.

Dulla, "Yani nöron, astrositin ne yaptığını kontrol ediyor ve ileri geri iletişim kuruyorlar. Nöronlar ve astrositler birbirleriyle daha önce bilinmeyen bir şekilde konuşurlar” dedi.

Gelecekteki araştırmalar üzerindeki etkisi 

Astrosit-nöron etkileşiminin keşfi, beyin patolojisinde ve öğrenme ve hafıza gelişiminde etkileşimlerin nasıl çalıştığına dair sayısız soruyu gündeme getiriyor. Dulla’ya göre, “Astrositlerin yaptığı her şeyi ve astrositlerin elektriksel olarak aktif olduğu gerçeğinin çok çeşitli nörolojik hastalıkları nasıl etkileyebileceğini yeniden düşünmemizi sağlıyor.”

Dulla, örneğin Alzheimer hastalığında astrositler, nörotransmitterleri kontrol etmezler, ama bu onların temel işidir, şeklinde bir açıklama yaptı. Benzer problemler travmatik beyin hasarı ve epilepside de görülmektedir. Bilim insanları yıllardır sorunun bir proteinin olmamasından veya bir proteinin çalışmamasına neden olan bir mutasyondan kaynaklanabileceğini düşünmüşlerdi.

Armbruster, "Beyinde hücre dışı potasyum birikmesinin epilepsi ve migren patolojilerine katkıda bulunduğu varsayılmıştır. Bu yeni çalışma bize astrositlerin bu birikimi nasıl temizlediğini ve uyarılma dengesinin korunmasına nasıl yardımcı olduğunu daha iyi anlamamızı sağlıyor" dedi.

Araştırmacılar şimdi, nöron-astrosit etkileşimlerini manipüle edip edemeyeceklerini görmek için mevcut ilaçları incelemekteler. Bunu yaparak bir gün insanların daha hızlı veya daha iyi öğrenmesine yardımcı olabilir miyiz? Bir beyin hasarı meydana geldiğinde onarabilir miyiz? Gibi sorular da akla gelmiyor değil.

Bu keşfi yapmak için kullanılan yeni teknoloji, yalnızca astrosit aktivitesi hakkında düşünmenin yeni yollarını açmakla kalmıyor aynı zamanda beyin yoluyla aktivite görüntüleme için yeni yaklaşımlar sağlıyor. Daha önce, örneğin beyindeki potasyum aktivitesini görüntülemenin veya potasyumun uyku, metabolizma veya beyindeki yaralanma ve enfeksiyona nasıl dahil olduğunu incelemenin bir yolu yoktu.

"Bu araçları, ilgilendikleri soruları incelemek için aynı tahlilleri ve teknikleri kullanabilmeleri için diğer laboratuvarlara veriyoruz. Bilim insanları baş ağrısı, solunum, gelişim bozuklukları ve çok çeşitli nörolojik hastalıkları incelemek için araçlar elde ediyorlar."

Makale: “Neuronal activity drives pathway-specific depolarization of peripheral astrocyte processes” 28 April 2022, Nature Neuroscience.
DOI: 10.1038/s41593-022-01049-x