Mielinhüvely degradációt követő lipid törmelék eloszlás vizsgálata a központi idegrendszerben CARS mikroszkópiával és Agykérgi neurogliaform sejthálózat által kiváltott ionotróp és metabotróp gátló posztszinaptikus válaszok eltérő összegződése
Authors: Ozsvár Attila 
Published: July 2020

Doktori disszertációmban kettő egymástól független kutatási témával foglalkozok: 1. Az axonokat körül ölelő mielinhüvelyt érintő degenerációs elváltozások ismertek a sclerosis multiplex (SM), az egyik leggyakoribb idegrendszeri megbetegedés során. A kór kialakulási mechanizmusa ismeretlen. A klasszikus nézet szerint autoimmun eredetű megbetegedés. Ismert, hogy a betegség kialakulása után létrejött demielinizáció után a mielinhüvely bomlástermékei hozzájárulhatnak a folyamat krónikussá válásához. A betegség kialakulásával kapcsolatban azonban alternatív elméletek is léteznek, mivel egyes esetekben a betegség korai stádiumában a lézió megfigyelhető limfociták jelenléte nélkül is. Ennek alapján feltételezhető, hogy az oligodendrocita pusztulás az elsődleges probléma, mivel az elpusztult oligodendrocitákból származó mielintörmelék immunválaszt vált ki, amely a gyulladási folyamatokért felelős. Ezen elmélet alapján a mielintörmelék megjelenése és eloszlása a központi idegrendszerben fontos a későbbi gyulladási folyamatok kialakításában. Napjainkban azonban konkrét adatokkal nem rendelkezünk a mielintörmelék előfordulásáról. A demielinizációs folyamatokat vizsgáltuk agyszeleten, a lipid molekulákat megjelenítő koherens anti-Stokes Raman (CARS) mikroszkópiával. Cuprizonnal kiváltott oligodendrocita apoptózist és mielin degradációját vizsgáltuk egerekben. Kimutattuk, hogy a mielinizáltság csökkenése detektálható CARS módszerrel, mind a teljes jel intenzitáson mind az egyes rostokon kimutatható vastagság csökkenésén. A mielinizált agyterületeken a cuprizone kezelés hatására ~1 µm átmérőjű lipid partikulumok jelentek meg, mely a mielin pusztulása miatt visszamaradt lipid. Háromdimenziós rekonstrukciók segítségével e lipid maradványokat elsőként kvantifikáltuk, eloszlásukban agyterület függőséget találtunk. Kimutattuk, hogy a kezdeti stadiumban a demielinizációból keletkező lipid maradványok detektálhatók még a kimutatható mielin vastagság csökkenése előtt. Az SM etiologiaja és kialakulásának folyamata nem ismert. Eredményeink azt mutatják, hogy jelentős mennyiségű lipid törmelék képződik ami a károsodott fehérállomány térfogatának akár 2%-át is kiteheti, mely aztán hónapokig tárolódik és tovább halmozódik az idegszövetben. 2. Az agy működés megértésének szempontjából az, hogy hogyan dolgozzák fel az idegsejtek a bementi információt és alakítják kimenetté mindig is központi kérdés volt az agykutatásban. Az idegsejtekre több ezer gátló és serkentő szinaptikus bemenet érkezhet, ezeknek a bemeneteknek a változatos összegződése fogja meghatározni azt, hogy az idegsejt membránpotenciál értéke eléri-e a küszöbpotenciál értéket, hogy akcióspotenciál keletkezzen. Az agykérgi hálózatok működése során az ionotróp receptorok által összegződő posztszinaptikus válaszok törvényszerűségéről nagyszámú ismeretekkel rendelkezünk, azonban a metabotróp receptorok által közvetített posztszinaptikus válaszok integrációjáról eddigi ismereteink szerint nincs kísérletes adat. Az agykérgi gátló interneuronok közül a neurogliaform (NGF) sejt az egyetlen ismert idegsejt, amely képes hatékonyan aktiválni a posztszinaptikus metabotróp GABAB receptorokat, az ionotróp GABAA receptorok mellett. Munkámban karakterizáltuk az első rétegi NGF sejt és piramissejt közötti gátló kapcsolat kvantális paramétereit, amit anatómai vizsgálatokkal kombinálva meghatároztuk a térfogati jelátvitel lehetséges hatótávolságát. A teljes első rétegi neurogliaform sejtpopuláció anatómiai tulajdonságait szem előtt tartva modelleztük a populációszintű szinkron aktiváció esetében a lehetséges kimenetek arányát. A NGF sejtek szinkron aktivációját pedig in vivo Ca2+ képalkotó kísérleteket igazoltuk. Eredményeink alapján az agyszövet felső rétegének ~30%-ában legalább 2 konvergáló NGF bement van jelen. Elektrofiziológiai kísérleteket végeztük, ahol a kettő preszinaptikus NGF sejtről érkező IPSP integrációját vizsgáltuk 2/3 rétegi posztszinaptikus piramissejteken. Méréseink alapján az ionotróp GABAA jelek szublineárisan, a metabotróp GABAB jelek lineáris összegződtek. A GABAB jelek összegződését farmakológiai és komplex modellezési kísérletekkel vizsgáltuk, ami alapján azt tapasztaltuk, hogy a receptor-csatorna szubcelluláris kompozíciója meghatározó szerepet játszik a jelek összegződése szempontjából.