Az idegsejtek hosszú nyúlványai, pontosabban azok kötegei alkotják az idegeket. Az idegrendszer megfelelő működése szempontjából ezért elengedhetetlen, hogy fejlődésük során a megfelelő útvonalon „nőjenek végig”, és rajtuk keresztül minden körülmények között biztosított legyen a zavartalan anyagforgalom. Ennek molekulárisbiológiai mechanizmusait csak most kezdjük megérteni.

 

A Szegedi Biológiai Kutatóközpont Genetikai Intézetben, Mihály József fejlődésgenetikus, neurobiológus vezetésével működő Axon Növekedés és Regeneráció Kutatócsoport munkájával foglalkozó előző cikkünkben bemutattuk, hogy miért van létjogosultsága ma is az ecetmuslica modellállatként való használatának a fejlődés-neurobiológiában, illetve hogy hogyan épül fel a sejtváz, és miért esszenciális a sejt működése szempontjából. Most a kutatócsoport konkrét kutatásaira térünk rá.

Az axonok sok esetben nagyon hosszúak. Egy kifejlett élőlényben akár több méter hosszúak is lehetnek, hiszen ezek kötegei építik fel az idegeket. A zsiráf gerincvelejében futnak olyan idegek (vagyis idegsejtaxonok), amelyek eljutnak a zsiráf patájáig. Vagyis akár három-négy méter hosszú axonok is vannak egy nagy állatban. Belátható, hogy ekkora távolságokra anyagokat mozgatni a sejtben hatalmas kihívás. Pláne, hogy e mozgatásnak stabilnak és szabályozottnak kell lennie. Márpedig az idegrendszer sejtjeiben nagyon jelentős anyagmozgás van a központi idegrendszerben elhelyezkedő sejttestből a periférián lévő axonvég felé.

Az anyagmozgatásban a sejtváznak, különösen a mikrotubulusoknak kitüntetett szerepe van. Az élőlény fejlődésekor, az embriogenezis időszakában alakulnak ki az idegsejtek és a perifériás szervek közötti kapcsolatok. Eközben az axonnak a számára meghatározott célsejthez kell kapcsolódni. Talán a legfundamentálisabb kérdése a fejlődés-neurobiológiának, hogy az axonok hogyan találnak oda a célsejtjeikhez. Még egy Drosophilában is sok százezer idegsejt van, amelyeknek rá kell találniuk a célsejtjeikre. Emberben pedig milliárdos léptékben merül fel ugyanez a fejlődésbiológiai probléma.

E folyamatot axon navigációnak nevezzük, és ebben kulcsszerepe van a sejtváznak. Az axonok vége folyamatosan letapogatja a környezetet, és abba az irányba mozdul el, ahonnan a megfelelő jellel találkozik. Vagyis az idegsejtekben olyan beépített navigációs rendszer van, amely képes a környezeti jelek értékelésére, és e navigációs rendszer utasításainak megfelelően a sejtváz fizikailag is elmozdítja a sejtet. Ennek módja, hogy a meglévő filamentumokat mindig abba az irányba növesztik a sejtek, ahonnan a sejt számára vonzó környezetet érzékelték.

„A kutatócsoportunk részben ezt a folyamatot tanulmányozza. Tehát azt, hogy milyen szabályozófaktorok, illetve milyen molekuláris mechanizmusok teszik lehetővé az axonok irányított növekedését a szabályozófehérjék szintjén – folytatja Mihály József. – De van egy másik, az idegrendszer működése szempontjából ugyancsak esszenciális folyamat, amelyben hasonlóan fontos szerep hárul a sejtvázra. Az akár több méteres hosszúságot is elérő axonok hosszában kontrollált anyagtranszport történik. Ez csak akkor mehet végbe megfelelő módon, ha ez a hosszú, de nagyon vékony (fél-egy mikron átmérőjű) cső mindvégig átjárható marad. Ezt nyilvánvalóan nehezítheti, hogy az idegek gyakran futnak olyan környezetben (olyan testrészekben), amelyek mozognak, összenyomódnak.

Ha az axonok átmérője nem maradna állandó, bárhogy is mozog az állat, akkor az axonon keresztül zajló anyagtranszport jelentős zavart szenvedne, fluktuálóvá, kiszámíthatatlanná válna. Nem olyan régen fedezték fel, hogy az axon átmérőjének stabilizálásáért egy speciális gyűrűrendszer felelős. Az axont úgy kell elképzelni, mintha miniatűr porszívó gégecsőhöz hasonlítanának. Vagyis a perifériájukon körben gyűrűszerű struktúrákat találunk, amelyek egészen sűrűn, nagyjából 200 nanométerre helyezkednek el egymástól közvetlenül a nyúlvány sejthártyája alatt.

A kutatók azt feltételezik, hogy ezen axongyűrűk feladata valóban a cső nyitottan tartása, a gégecső bordázatához hasonlóan. Minthogy a struktúra nem folytonos, ez a sejtvázszerkezet biztosítja a hajlékonyságot. „Azt vizsgáljuk, hogy e sejtvázelemek hogyan alakulnak ki, és milyen fehérjék kellenek ahhoz, hogy a gyűrűszerű struktúra létrejöjjön – mondja a fejlődés-neurobiológus. – A kutatásaink harmadik iránya pedig a már differenciálódott (tehát felismerhetően különféle sejttípusokká alakult) idegsejtekhez kötődik. Ahhoz, hogy ezek a sejtek el tudják látni a feladataikat, kommunikálniuk kell egymással.”

E kommunikáció olyan sejtkapcsolatokon keresztül valósul meg, amelyeket szinapszisoknak nevezünk. A szinapszisok leggyakoribb típusai a kémiai szinapszisok, amelyekben a preszinaptikus sejtből vezikulákba csomagolt neurotranszmitterek (idegi hírvivő anyagok) szabadulnak fel a szinaptikus résbe, amelyek ezután befolyásolják a posztszinaptikus sejt működését (vagy aktiválják, vagy gátolják). E vezikulák nem a sejthártya véletlenszerű helyein szabadulnak fel, hanem az axonvégződésnek vannak olyan kitüntetett pontjai, ahol kijuthatnak a sejtből a neurotranszmitterek.

E pontokat szinaptikus aktív zónáknak nevezzük, és ezekhez kötődnek a sejt belseje felől a vezikulák, majd membránfúzióval ürítik ki a tartalmukat a sejt szempontjából vett külvilágba. Szinte biztos, hogy ahhoz, hogy e szinaptikus vezikulák az aktív zónák megfelelő helyeire kerüljenek, és szabályozott módon ürüljön ki a tartalmuk, abban a sejtváznak ugyancsak kitüntetett szerepe van. Tehát a vezikulák exocitózisának (a sejthártyával történő egyesülésüknek és a beltartalmuk kiürülésének) is a sejtváz a mozgatórugója.

A sejtváz nélkül ugyanis a membránok megfelelő hajlítása nem valósulhat meg. A kutatócsoport igyekszik jobban megérteni a szinaptikus aktív zónákhoz kötődő sejtváz szerveződését, illetve azonosítani próbálják azokat a fehérjéket és egyéb molekulákat, amelyek részt vesznek e speciális vázelemek kialakításában.