Szegedi Biológiai Kutatóközpont Genetikai Intézetben, Mihály József fejlődésgenetikus, neurobiológus vezetésével működő Axon Növekedés és Regeneráció Kutatócsoport a neurobiológián belül fejlődés-neurobiológiával foglalkozik. Mihály József immár több mint 30 éves tapasztalattal rendelkezik a fejlődésbiológiában. A magyarországi idegtudományi kutatócsoportok között különlegessé teszi ezt a csoportot az, hogy az ő modellorganizmusuk az ecetmuslica.

„A muslicát több mint 100 éve használják modellorganizmusként, és számos előnye van. Ezek közül a legfontosabb, hogy genetikailag nagyon jól manipulálható – mondja Mihály József. – Nagyon sok mutánst írtak le, és a genommódosítás egészen kifinomult módszerei is alkalmazhatók rajta.”

Minél fejlettebb egy élőlény, annál bonyolultabb és drágább rajta genetikai módosítást elvégezni. Ez a tényező is az egyszerű ecetmuslica előnyeit hangsúlyozza. A rovar a neurobiológiai kutatásokban is számtalanszor bizonyította már hasznosságát. Kevésbé ismert, hogy az első memória- és tanulási mutánsokat az ecetmuslicában fedezték fel. Ezután kiderült, hogy a muslicagénekhez nagyon hasonló gének, illetve azok fehérjetermékei vesznek részt a memóriafolyamatokban és a tanulásban, gyakorlatilag az összes állatban.

A világon több száz laboratóriumban használnak ecetmuslicát a neurobiológiai kutatásokban. Mihály József elmondta, hogy ha az élőlények működését sejtes, illetve molekuláris szinten vizsgáljuk, akkor óriási közöttük a hasonlóság. Az emberi betegséggének több mint hetven százalékának van Drosophila-megfelelője, tehát jelen van a gén egy rokona az ecetmuslicában is. Az emberi és a muslicagenom kódoló részében általában is nagyon nagyfokú a hasonlóság. Ezért ezek a rovarok a nagyon konzervált (vagyis az evolúció során nagyon lassan változó) sejtes és molekulárisbiológiai folyamatok modellezésére kifejezetten alkalmasok.

A Szegedi Biológiai Kutatóközpont Axon Növekedés és Regeneráció Kutatócsoportja konkrétan a sejtváz idegrendszer fejlődésében és működésében betöltött szerepét kutatja.

„A sejtváz minden sejtben megtalálható rendszer, a szerepe pedig az, hogy stabilitást adjon a sejteknek, vagyis vázként szolgáljon. Emellett azonban a sejtváz nagyon sok dinamikus folyamatban is szerepet játszik – mondja Mihály József. – A sejtek ugyanis nem statikus képződmények, folyamatosan alkalmazkodniuk kell a környezetük változásaihoz. Miközben egy élőlény kifejlődik egyetlen kiindulási sejtből, és számos különböző sejttípus alakul ki benne, rengeteg alapvető változás történik a sejtek működésében. Ahhoz, hogy e változások be tudjanak következni, alapvető szükség van a sejtvázra.”

Már a sejtosztódás sem elképzelhető sejtváz nélkül, hiszen itt mechanikai folyamatokról is szó van. A laikusok, de még a biológusok sem feltétlenül tekintik a sejtosztódást olyan folyamatnak, ami mechanikai szempontból is érdekes lenne. Pedig itt valójában mozgásokról van szó, amelyek ugyanúgy a fizikai törvényeknek engedelmeskedve történnek, ahogy bármilyen más mozgás a természetben. Éppen ezért a sejtváznak egyszerre kell merev és stabil struktúrának lennie, de fontos, hogy változni is tudjon.

A sejtváz azáltal képes erre, hogy számos összeépülő alegységből áll. Az alapvető építőelemei hosszú filamentumok, amelyek kötegekbe is rendeződhetnek, vagy egyedi filamentumokként is működhetnek. Maguk a filamentumok is polimerek, monomerekből épülnek fel, polimerizációval. E polimerizáció pedig térben és időben szabályozható folyamat. A sejtekben dinamikusan változik, hogy a filamentum éppen polimerizálódik (vagyis felépül, hosszabbodik) vagy depolimerizálódik, rövidül.

A filamentumok egyik végén általában polimerizáció, a másikon pedig leépülés zajlik. A sejtvázat felépítő elemeket két nagy csoportba soroljuk, ezek az aktinfilamentumok és a mikrotubulusok. Bár mindkettő képes magasabb rendű szerveződéseket is létrehozni, viszont fontos különbség közöttük, hogy a mikrotubulusok sokkal robosztusabbak. Ha erőre, teherbírásra van szükség, akkor a mikrotubulusok építik fel az adott struktúrát, míg ha a rugalmasság az elvárás, vagy hálózatos struktúrákat kell kialakítani, akkor az aktinfilamentumokat használják a sejtek.

De hogy jön ide az agykutatás?

„Az idegsejtekben e vázelemeknek abszolút kitüntetett szerepük van, részben azért, mert a neuronoknak nagyon különleges alakjuk van – érvel Mihály József. – Míg az átlagos sejtek alakja nagyjából kerekdednek vagy kompaktnak nevezhető, addig az idegsejtek alakja ettől drámaian különböző. Az idegsejteken hosszabb-rövidebb nyúlványok vannak, és emiatt az alakjuk egyáltalán nem kerek. A rövidebb nyúlványok a dentritek, ezeken keresztül a sejt általában információt kap, a hosszabb nyúlványok az axonok, amelyek az információ továbbítására szolgálnak. Az információ vagy más idegsejteknek adódik át, vagy effektorsejtek, például izomsejtek kapják meg.”

A hosszú nyúlványokat megfelelő irányban kell növeszteni, és anyagokat kell mozgatni rajtuk keresztül. Ehhez elengedhetetlen, hogy átmérőjük állandó maradjon, bármerre is hajlik az ideget tartalmazó végtag. Hogy ebben milyen szerepe van a sejtváznak, arról szól cikkünk második része.