Czy mózg może się zregenerować po urazie lub chorobie?
Nowotwory złośliwe, udary mózgu i urazy głowy mogą powodować upośledzenie funkcji poznawczych, a w rezultacie pogorszenie jakości życia. Ale wyobraźmy sobie, jakby to było, gdyby ludzki mózg był w stanie sam się zregenerować, zasadniczo eliminując wszelkie uszkodzenia powstałe na skutek obrażeń lub choroby? Taki sposób myślenia przyjął zespół naukowców skupionych wokół finansowanego przez Unię Europejską projektu REBUILDCNS. „Niektóre gatunki zwierząt, takie jak danio pręgowany i ambystoma meksykańska (aksolotl), posiadają zdolność regeneracji mózgu”, mówi Ana Martin-Villalba, neurobiolog molekularna z Niemieckiego Centrum Badań nad Rakiem (DKFZ). „Mimo że ssaki dzielą geny z tymi gatunkami, nie posiadają takich samych zdolności regeneracyjnych”. Projekt, który otrzymał wsparcie ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, miał na celu odkrycie wewnętrznych reakcji i mechanizmów w organizmach ssaków, które hamują lub mogą potencjalnie ułatwić regenerację mózgu.
Rola reakcji zapalnej
W ramach projektu w pierwszej kolejności zbadano rolę, jaką w regeneracji odgrywa stan zapalny – reakcja układu odpornościowego na szkodliwe bodźce. „Chociaż zdajemy sobie sprawę, że organizmy zdolne do regeneracji wykorzystują stan zapalny do aktywacji programów regeneracyjnych, proces ten nie przynosi znaczącej regeneracji u ssaków”, wyjaśnia Martin-Villalba. Naukowcy odkryli, że interferony, o których od dawna sądzi się, że regulują reakcję zapalną na wirusy i urazy, odgrywają również kluczową rolę w funkcjonowaniu komórek macierzystych. „Co ciekawe, podczas gdy interferony wspierają funkcjonowanie komórek macierzystych w młodym mózgu, okazują się mieć negatywny wpływ na mózg osób starszych”, dodaje Martin-Villalba. Komórki macierzyste to komórki, z których powstają wszystkie inne komórki o wyspecjalizowanych funkcjach. Aby lepiej zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, w ramach projektu dogłębnie zbadano proces metylacji DNA – polegający na chemicznej modyfikacji DNA i innych cząsteczek, która ma kluczowe znaczenie dla regulacji wczesnego rozwoju u ludzi i innych ssaków.
Postępy w medycynie regeneracyjnej
Naukowcy odkryli, że zmiany metylacji DNA definiują najważniejszy punkt odniesienia na wczesnym etapie powstawania komórki macierzystej. „Wskazaliśmy metylację DNA jako kluczową warstwę molekularną determinującą macierzysty charakter danej komórki, która to »macierzystość« sama w sobie odgrywa niezmiernie ważną rolę w medycynie regeneracyjnej”, podkreśla Martin-Villalba. Macierzystość to zdolność komórki do samoodnowy i różnicowania. W praktyce oznacza to, że istnieje duża nadzieja na to, że w przyszłości leczenie urazów mózgu, na przykład w wyniku udaru, może opierać się na aktywacji ukrytego potencjału neurogenezy, której zdolność mózg już posiada. „To odkrycie otwiera drogę do opracowania potencjalnych innowacyjnych terapii w zakresie wzmocnienia procesów regeneracji i przeciwdziałania związanemu z wiekiem spadkowi zdolności regeneracyjnych”, zauważa Martin-Villalba.
Zmiana rozumienia biologii komórek macierzystych
Dzięki wskazaniu metylacji DNA jako „strażnika” losu komórek mózgowych, a także pozostałym odkryciom, zespół projektu REBUILDCNS pomógł odpowiedzieć na kluczowe pytanie stawiane przez neurobiologów. Zasugerował również nowe spojrzenie na biologię komórek macierzystych. „Nasze przełomowe badania w sposób zasadniczy zmieniły dotychczasowe rozumienie biologii komórek macierzystych, szczególnie podkreślając potencjał manipulowania metylacją DNA, który można wykorzystać do aktywacji macierzystości w uśpionej komórce, a tym samym zwiększenia zdolności mózgu do regeneracji”, zaznacza Martin-Villalba. „Może to oznaczać bezprecedensowy postęp w dziedzinie medycyny regeneracyjnej”. Naukowcy pracują obecnie nad sposobami manipulacji metylacją DNA w celu zmiany ukierunkowania komórki nowotworowej, tak aby mogła się zregenerować. Mamy nadzieję, że uda nam się odwrócić macierzysty charakter komórek nowotworowych i w ten sposób zapobiec ich wzrostowi.
Słowa kluczowe
REBUILDCNS, mózg, regeneracja mózgu, choroba, rak, nowotwór, udar, urazy głowy, zaburzenia poznawcze, reakcja zapalna, komórki macierzyste, metylacja DNA, biologia, neurobiologia
