Lendületben Hangya Balázs idegkutató és csapata

A bazális előagyban található kolinerg idegsejtek tanulásban betöltött szerepének vizsgálatát folytatja majd a Lendület program egyik idei nyertese, Hangya Balázs. Az egyesült államokbeli Cold Spring Harbor Laboratoryban megkezdett munkáját az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetében viszi tovább. Az idegkutató és munkatársai amerikai kutatási eredményeiről a Cell folyóirat augusztusi számában jelent meg beszámoló. A Cell az impaktfaktort tekintve a Nature és a Science folyóiratokkal egyenrangú fórum az élettudományok területén - írta az MTA honlapja.

A bazális előagy (az agyféltekék középső és elülső részén elhelyezkedő heterogén terület) kolinerg idegsejtjei, amelyekben az acetil-kolin az ingerületátvivő anyag, fontos szerepet játszanak a normális gondolkodásban és a neurodegeneratív betegségek– például az Alzheimer- és a Parkinson-kór – kialakulásában.

A kolinerg idegnyúlványok sűrűn behálózzák az agykéreg legfejlettebb részét, az úgynevezett neocortexet, és acetil-kolin felszabadításával szabályozzák az éberségi szintet, a figyelmet és a tanulást. A viselkedésben betöltött pontos funkciójuk azonban alig ismert, mivel eddig még nem tudták viselkedés közben feljegyezni a kolinerg neuronok aktivitását.

Ebből a szempontból úttörő Hangya Balázs és munkatársainak kutatása, mivel optogenetikai módszerrel sikerült egerek bazális előagyában azonosítaniuk a kolinerg neuronokat, illetve elektródákkal kivezetni és rögzíteni az idegsejtek váratlan eseményekre adott kisülési mintáit.

A bazális előagy funkciójával kapcsolatban kétféle elmélet terjedt el. Az egyik szerint a hosszan fenntartott figyelemben, a másik szerint a tanulásban játszik szerepet. A léziós (egyes neuroncsoportok elpusztításával járó) kísérletek ellentmondásait úgy igyekeztek feloldani, hogy feltételezték, a bazális előagy elülső része inkább a tanulásban, a hátsó része a fenntartott figyelemben vesz részt.

Hangya Balázs és munkatársai – Sachin P. Ranade, Maria Lorenc és Kepecs Ádám – ebből kiindulva a bazális előagy hátsó részét kezdték vizsgálni, hogy megállapítsák, valóban a figyelemben játszik-e szerepet. A kísérletek legfőbb újdonsága az volt, hogy először sikerült viselkedő állatokban optogenetikai módszerrel azonosítani a kolinerg idegsejteket, és rögzíteni kisülési mintáikat.

„Egy olyan feladatra tanítottuk az egereket, amelyben figyelniük kellett – mondta el Hangya Balázs. – Egy váratlanul érkező szenzoros (hang)ingerre kellett reagálniuk, amihez hosszan tartó figyelemre volt szükség. Azt vártuk, hogy a sejtek akkor lesznek aktívak, amikor figyelni kell. Ehelyett azonban a sejtek a figyelem alatt csendben voltak, viszont miután az egér reagált, és a reakciónak megfelelően megkapta a jutalmát (vizet) vagy a büntetését (enyhe kellemetlenséget okozó levegőbefújást), a vizsgált kolinerg sejtek nagyon gyorsan, nagyon precízen aktiválódtak."

Ez arra utal, hogy a sejtek nem a figyelemben, hanem valószínűleg a tanulásban játszanak szerepet. A tanulási folyamathoz szükséges ugyanis az, hogy a különféle ingerekre (ez esetben a jutalomra vagy a büntetésre) gyors és precíz időzítésű megerősítő jelek érkezzenek az agykéregbe, és ezek hatására átalakuljanak a megfelelő idegi kapcsolatok.

Hangya Balázs a következőkben olyan kísérleteket tervez a Lendület program keretében, amelyekkel be lehet bizonyítani, hogy a kolinerg sejtek valóban a tanulásban játszanak szerepet. Egyelőre ugyanis csak az biztos, hogy ezek a sejtek a jutalom vagy büntetés hatására jeleket küldenek az agykéregbe, az viszont még csak feltételezés, hogy ez szükséges a tanuláshoz.

A kutató reméli, hogy a kísérletek eredményei hozzájárulnak majd a neurodegeneratív betegségek – amilyen az Alzheimer- és a Parkinson-kór – jobb megértéséhez és eredményesebb gyógyításához, e betegségek fontos közös jellemzője ugyanis a bazális előagy kolinerg idegsejtjeinek fokozatos pusztulása.
Hangya Balázs további kísérleteiben azt tervezi vizsgálni, hogy a kolinerg sejtek milyen módon vesznek részt a tanulási folyamatokban, valamint miben különböznek a bazális előagy másik fontos sejttípusától, a GABAerg gátlósejtektől.

A bazális előagy elektromos serkentése jelenleg ígéretes kutatási irány a neurodegeneratív betegségek kezelésében. A kolinerg sejtek normális aktivitásának megállapítása lehetővé teheti a természetes aktivitást pontosabban követő elektromos serkentés alkalmazását, ami a jövőben áttörést jelenthet az Alzheimer-kór és a Parkinson-betegség kezelésében. Ennek az iránynak az első lépéseként a fiatal idegkutató az Alzheimer-kór egérmodelljében tervezi tesztelni a különböző elektromos aktiválási minták kognitív tünetekre gyakorolt hatását.

Mi az optogenetika?
Az optogenetika egy nagy pontosságú módszer, amellyel meg lehet figyelni és szabályozni is lehet az idegsejtek aktivitását. Működése a rodopszin nevű fényérzékeny fehérjéken alapul, amelyek algákból és baktériumokból izolálhatók, de egy formájuk az emberi szemben is jelen van.

A neuronba juttatva a rodopszin beépül a sejtmembránba, és fényérzékennyé teszi a sejtet. Ezután rövid lézerfényingerekkel ezredmásodpercnyi pontossággal lehet egy-egy sejtcsoportot aktiválni vagy aktivitását megszüntetni. (A módszerről további információk itt elérhetők)

A kutatóról
A Junior Prima díjas agykutató, Hangya Balázs 2010-ban szerzett doktori fokozatot a MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben, majd négy és fél évet töltött az amerikai Cold Spring Harbor Laboratoryban Kepecs Ádám csoportjában. 2015-ben tért vissza Magyarországra az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetbe, ahol a Lendület Rendszer-neurobiológia Kutatócsoportot vezeti.