PsychologyNow Team

Σεροτονίνη: ο κύριος ρυθμιστής της νευροαναγέννησης

Σεροτονίνη: ο κύριος ρυθμιστής της νευροαναγέννησης

PsychologyNow Team
η σεροτονίνη βοηθάει ως κύριος ρυθμιστής στην νευροαναγέννηση
Image credit: geralt / pixabay.com

Η νευροαναγέννηση συνεπάγεται όχι μόνο τη νευρογένεση, αλλά και την αναγέννηση χαμένων συνδέσεων και την ανάπτυξη μη νευρικών κυττάρων, πολύτιμα για τον ανθρώπινο οργανισμό.


Η νευροαναγέννηση συνεπάγεται όχι μόνο τη νευρογένεση, αλλά και την αναγέννηση χαμένων συνδέσεων και την ανάπτυξη μη νευρικών κυττάρων. Ενώ στους ενήλικες ανθρώπους η νευρογένεση γνωρίζουμε ότι συμβαίνει σίγουρα μόνο σε λίγες σαφώς καθορισμένες περιοχές του εγκεφάλου, έρευνα σε άλλα είδη υποδεικνύει ότι η επιστήμη έχει απλώς αγγίξει την κορυφή του παγόβουνου αναφορικά με τις συνολικές δυνατότητες αναγέννησης των ανθρώπινων νευρικών συστημάτων.

Έχει διαπιστωθεί ότι το σεροτονινεργικό σύστημα ελέγχει διάφορες πτυχές της νευροαναγέννησης. Σε μερικές περιοχές διευκολύνει τη νευρογένεση, ενώ σε άλλες φαίνεται να την περιορίζει. Σχετικά με τον περιορισμό της νευρογένεσης έχει δημοσιευτεί ένα πρόσφατο παράδειγμα στο επιστημονικό περιοδικό PLOS Biology.

Οι ερευνητές αξιοποίησαν το μοντέλο του ζεβρόψαρου που χρησιμοποιείται στις έρευνες για την νόσο Αλτσχάιμερ προκειμένου να δείξουν ότι η ιντερλευκίνη 4 (IL4) που παράγεται από το αμυλοειδές προάγει τον πολλαπλασιασμό των νευρογενών βλαστoκυττάρων καταστέλλοντας την παραγωγή σεροτονίνης.

Σε αυτά τα ψάρια συμβαίνει μια μοναδική νευροανοσολογική αλληλεπίδραση μέσω της οποίας η IL4 που εκκρίνεται από τους νευρώνες που πεθαίνουν ενεργοποιεί τα μικρογλοία. Τα μικρογλοία με την σειρά τους ανταποκρίνονται αυξάνοντας τον ρυθμό πολλαπλασιασμού των νευρικών βλαστoκυττάρων.


Διαβάστε σχετικά: Ο υποτιμημένος ρόλος της νευρογένεσης στη νόσο Αλτσχάιμερ


Αλλά γιατί ζεβρόψαρα;

Ενώ πολλοί στον ιατρικό τομέα παραπονιούνται για την προσπάθεια αξιοποίησης συχνά αόριστων ευρημάτων από  ένα είδος σε άλλο, αυτό το αναγκαίο κακό δεν συνιστά σφάλμα του συστήματος. Αντιθέτως, συχνά αποτελεί το πιο δυνατό χαρακτηριστικό του: Η ίδια η πράξη της ερμηνείας των στοιχείων που παρατηρούνται ανάμεσα στα είδη, παράγει αξιόπιστα τα πιο καίρια ψήγματα γνώσης. Σε αντίθεση με τους ανθρώπους, στα ενήλικα ζεβρόψαρα συμβαίνει νευρογένεση σε μεγάλο βαθμό.  Μπορεί να εντοπιστεί με κάποια μορφή σχεδόν παντού.

Το αντεπιχείρημα που προβάλλεται συχνά είναι ότι o πρωτοφανής ανεξέλεγκτος πολλαπλασιασμός  των πρόδρομων νευρικών και νευρογλοιακών κυττάρων που παρατηρείται στη νευρολογική ανάπτυξη, μοιάζει με τον καρκίνο. Σίγουρα η βασική διαδικασία της γλουταμινόλυσης κατά την οποία η γλουταμίνη μετατρέπεται σε γλουταμινικό οξύ και εισέρχεται στον κύκλο του κιτρικού οξέος, συμβάλλει εξίσου στην ανάπτυξη του όγκου και στην νευρογένεση. 

Στην ιστοσελίδα phys.org ανακοινώθηκε ότι τα μιτοχόνδρια στον εμβρυϊκό νεοφλοιό εισάγουν ένα πρόσφατα εξελιγμένο ανθρώπινο γονίδιο, γνωστό ως  ARGAP11B, για να πολλαπλασιάσει νέα κύτταρα μέσω της γλουταμινόλυσης. 

Η λειτουργία του πρωτεϊνικού προϊόντος του ARGAP11B  είναι να κλείσει έναν διαπερατό πόρο στην μιτοχονδριακή μεμβράνη μέσω της αλληλεπίδρασης του με πολυλειτουργικούς διαβιβαστές νουκλεοτιδίων. Αυτή η πρωτεΐνη μετατόπισης νουκλεοτιδίου αδενίνης (ANT)  θα αναλυθεί παρακάτω, αλλά πρώτα, θα αναφερθούν λίγες περισσότερες πληροφορίες για τις νευροανοσολογικές αλληλεπιδράσεις.

Αποτελεί κοινή εκτίμηση ότι τα περιφερειακά ανοσολογικά βλαστοκύτταρα (ακόμα και τα εμβρυϊκά κύτταρα από εγκύους που κυκλοφορούν στο μητρικό αίμα) μπορούν να μεταναστεύσουν διαμέσου του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και να ενωθούν με τοπικούς νευρώνες για να δημιουργήσουν νέες υβριδικές οντότητες κάθε είδους. Όμως, η αντίθετη μετακίνηση  παραμένει σε μεγάλο βαθμό άγνωστη στην φύση.

Παραδόξως οι ερευνητές ανακάλυψαν πρόσφατα ότι τα νευρικά πρόδρομα κύτταρα στον υπό ανάπτυξη εγκέφαλο του ποντικιού μπορούν να διαφύγουν διαμέσου του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και να μπουν στην γενική κυκλοφορία. Από εκεί διεισδύουν σε όγκους του προστάτη που βρίσκονται στο αρχικό στάδιο ανάπτυξης και ενώνονται με τον τοπικό κυτταρικό πληθυσμό.

Τότε, αυτά τα κύτταρα παράγουν πλήρως αναπτυγμένους αδρενεργικούς νευρώνες του συμπαθητικού συστήματος, οι οποίοι θρέφουν και διευρύνουν τον αναπτυσσόμενο όγκο. Με κάποιον τρόπο ο όγκος φαίνεται να προσελκύει  νευρώνες για να εξασφαλίσει την επιβίωση του.

Από την άλλη πλευρά, το νευρικό σύστημα μπορεί επίσης να σταματήσει τον πολλαπλασιασμό τον κυττάρων και την ογκογένεση. Για παράδειγμα, οι αλγοϋποδοχείς από τα γάγγλια της ραχιαίας ρίζας παρέχουν άμεση προστασία από την μετακίνηση της σαλμονέλας από το έντερο ρυθμίζοντας την πυκνότητα των μικροκυττάρων. Τα μικροκύτταρα αποτελούν σημαντικά σημεία μέσω των οποίων διαφεύγουν τα μικρόβια για να προκαλέσουν ζημιές σε ολόκληρο το σώμα.

Κατά περίεργο τρόπο, οι αλγοϋποδοχείς δεν ελέγχουν μόνο τα κύτταρα στα οποία ανήκουν, αλλά ελέγχουν άμεσα και των πληθυσμό των «καλών» μικροβίων, δηλαδή των διασκορπισμένων νηματοειδών βακτηρίων, τα οποία λειτουργούν ως διαμεσολαβητές στην αντίσταση κατά της σαλμονέλας στις πλάκες Πέγιερ του ειλεού.

Πώς συσχετίζονται όλα αυτά με την σεροτονίνη;

Όλοι γνωρίζουν ότι η σεροτονίνη είναι ένας από τους κύριους νευροδιαβιβαστές που χρησιμοποιούνται στον εγκέφαλο. Πολλές κοινές παραισθησιογόνες ουσίες που μιμούνται τη σεροτονίνη θεωρείται ότι επενεργούν συγκεκριμένα στην κατηγορία των 5-HT2A υποδοχέων, με αποτέλεσμα να προκαλούν στον χρήστη την εμφάνιση περίπλοκων διανοητικών καταστάσεων.

Όμως, τι μπορεί να κάνει η σεροτονίνη που δεν μπορεί να κάνει το γλουταμινικό οξύ, η ντοπαμίνη ή η ακετυλοχολίνη;  Ένα πράγμα που κάνει η σεροτονίνη και το επιτυγχάνει συγκεκριμένα με τους 5-HT2A υποδοχείς, είναι ο έλεγχος της παραγωγής νέων μιτοχονδρίων. Αυτό δεν σημαίνει ότι ο έλεγχος των μιτοχονδρίων δεν αποτελεί  με κάποιον τρόπο την κύρια δραστηριότητα άλλων νευροδιαβιβαστών, απλώς δεν είναι ακόμη πλήρως γνωστός ο τρόπος με τον οποίο γίνεται.

Η συζήτηση σχετικά με την βιογένεση μιτοχονδρίων και την νευρογένεση νέων εγκεφαλικών κυττάρων συνεπάγεται ένα διδακτικό δίλημμα: τα μιτοχόνδρια αναγκάζονται να ανταγωνιστούν τον δικό τους τοπικό βασικό πυρήνα για να αποκτήσουν πρόσβαση στα νουκλεοτίδια, η οποία είναι απαραίτητη τόσο για την επιδιόρθωση του DNA και για την αντιγραφή του.

Αυτό το διχοτομικό γεγονός της ζωής έχει σημαντικές επιπτώσεις στον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος και συναφώς το σώμα, διανέμουν τα μιτοχόνδρια στα κύτταρα. Ας πάρουμε για παράδειγμα τα αυγά. Ίσως να έχουν περίπου 100.000 μιτοχόνδρια, κάθε ένα από τα οποία περιλαμβάνει κατά μέσο όρο πιθανώς δύο νουκλεοτίδια που περιέχουν 16 kb DNA το καθένα.

Εάν το πυρηνικό DNA είναι περίπου 200.000 φορές μακρύτερο από το μιτοχονδριακό DNA, τότε θα μπορούσαμε να πούμε ότι τα αυγά μοιράζουν εξίσου τα νουκλεοτίδιά τους ανάμεσα στα μιτοχόνδρια και στον πυρήνα. Τα μοναδικά άλλα κύτταρα που πλησιάζουν αυτήν την ισοτιμία μεταξύ πυρήνα και μιτοχονδρίων είναι οι νευρώνες. Μια σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι ενώ το αυγό είναι ένα ακραίο παράδειγμα κυτταρικού πολλαπλασιασμού, οι ώριμοι νευρώνες δεν διαιρούνται καθόλου (συνήθως).

Όπως όλα τα κύτταρα, τα μιτοχόνδρια διαθέτουν διαβιβαστές (σαν τους ANTs που αναφέρθηκαν παραπάνω) στις εσωτερικές τους μεμβράνες, τους οποίους χρησιμοποιούν για να προσδένουν νουκλεοτίδια. Κατά περίεργο τρόπο, όταν υπάρχει πρόβλημα με τους ANT διαβιβαστές, μπορεί να εμφανιστούν σοβαρές ψυχικές διαταραχές. Όταν εξετάστηκαν παρόμοια μεταλλάγματα στους ANT διαβιβαστές σε ποντίκια, διαπιστώθηκε ότι η δραστηριότητα του σεροτονινεργικού συστήματος είχε εκτοξευθεί στα ύψη.

Στις έρευνες που χρησιμοποιήθηκαν ζεβρόψαρα, η μείωση της σεροτονίνης που οδηγεί σε αυξημένο πολλαπλασιασμό παρατηρήθηκε στην περιοχή δραστηριότητας του υποθαλάμου. Ορισμένες άλλες περιοχές του εγκεφάλου παρουσίασαν αντίθετα αποτελέσματα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μείωση της σεροτονίνης που είναι αποτέλεσμα της διέγερσης του νευροανοσολογικού άξονα είχε προκληθεί από την αναστολή του ενζύμου που δημιουργεί σεροτονίνη από τρυπτοφάνη.

Το ευρύτερο οικοσύστημα της τρυπτοφάνης είναι υπεύθυνο για την διατήρηση άλλων σημαντικών προϊόντων σε επαρκή επίπεδα, συμπεριλαμβανομένων του δινουκλεοτιδίου νικοτιναμιδίου-αδενίνης (NAD) και σε μικρότερο βαθμό της πεπτιδικής ορμόνης μελατονίνης.

Παρόλο που το NAD μπορεί να δημιουργηθεί μέσω αυτού που ονομάζεται πορεία Preiss-Handler από τη νιασίνη ή από πορεία διάσωσης μέσω του νικοτιναμιδίου,  η εκ νέου σύνθεση του από την τρυπτοφάνη αποτελεί μια σημαντική πορεία που συνεισφέρει στο νευρικό σύστημα. Η δυνατότητα σύνθεσης  NAD από την αρχή κατά παραγγελία είναι βολική, αλλά και πολύ ακριβή. Η αναλογία μετατροπής για τις πορείες σύνθεσης είναι περίπου 67 mg τρυπτοφάνης για την δημιουργία 1 mg νιασίνης.


Διαβάστε σχετικά: Πως η εμπειρία αλλάζει την πλαστικότητα του εγκεφάλου


Η επιλογή να χρησιμοποιηθούν σημαντικές ποσότητες αποθεμάτων τρυπτοφάνης για την παραγωγή σεροτονίνης ή NAD γίνεται τοπικά σε κάθε περιοχή του εγκεφάλου. Διαφορετικοί ανατομικοί πυρήνες και εξειδικευμένα είδη κυττάρων χρησιμοποιούν συγκεκριμένες υποκατηγορίες ενζύμων, ανάλογα με την κυτταρική διαφοροποίηση.

Ανεπάρκειες στα ενδοκυτταρικά μεταβολικά κυκλώματα που συνθέτουν τα αποθέματα νουκλεοτιδίων και πολλούς διαβιβαστές που χρειάζονται τα νευρικά κύτταρα και τα μιτοχόνδρια τους, προκαλούνται εξ ολοκλήρου εξαιτίας της δημιουργίας κυκλωμάτων μακροκυτταρικής μεταφοράς μεταξύ τους. 

Παρόλο που αυτές οι επακόλουθες νευρικές δομές μπορούν να έχουν ισχυρές συνέπειες που μετά βίας μπορεί να φανταστεί κανείς δεδομένης της σχετικά χαμηλής ενζυματικής προέλευσής τους, πολλά από τα χαρακτηριστικά τους μπορούν πλέον να γίνουν κατανοητά διαισθητικά με απλές αρχές της μεταβολικής προσφοράς και ζήτησης.

Αυτό που εξακολουθεί να είναι αβέβαιο σήμερα, αλλά ίσως να εξακριβωθεί σύντομα είναι ότι η νευρική δραστηριότητα που υποστηρίζεται από διαφορετικά κυκλώματα θα πρέπει να μπορεί να εξηγηθεί με παρεμφερή τρόπο. Με άλλα λόγια, οι ίδιες οι ακίδες έχουν ένα φυσικό νόημα που είναι βασικότερο από αυτό της μεταφοράς πληροφοριών από και προς τον εξωτερικό κόσμο.

Έχει υποστηριχθεί ότι άλλοι νευροδιαβιβαστές που μπορούν να λειτουργούν μέσω των υποδοχέων πρωτεΐνης G, όπως για παράδειγμα το γ-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA), έχουν μια κύρια λειτουργία να ελέγχουν την διαθεσιμότητα των νουκλεοτιδίων στα συναπτικά μιτοχόνδρια. Ειδικότερα, τα δεύτερα συστήματα ανταλλαγής μηνυμάτων αυτών των νευροδιαβιβαστών, διαρκώς κλειδώνουν και απελευθερώνουν ποικίλες φωσφορικές πουρίνες ανάμεσα στις κυκλικές και μη κυκλικές δομές τους.

Εάν ο πλήρως μεταμιτωτικός εγκέφαλος  οφείλει ένα μεγάλο μέρος της μοναδικής του δομής και λειτουργίας (σε σύγκριση με τα άλλα όργανα) σε μια λίγο πολύ τεχνητά διατηρημένη έλλειψη νουκλεοτιδίων, δεν είναι υπερβολικό να φανταστούμε ότι η φλυαρία και η φασαρία σχετικά με τις ακίδες συνιστά κατά κύριο λόγο αυτό που θα μπορούσαμε να αποκαλέσουμε μικροδιαχείριση νουκλεοτιδίων.

Οποιαδήποτε λειτουργία "σηματοδότησης" των ακίδων σε μεγαλύτερο βαθμό και η επακόλουθη απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή από κυστίδια κατά μήκος των συνάψεων είναι επομένως, επιπρόσθετη αυτού που είναι ουσιαστικά η συγκέντρωση, η απελευθέρωση και ενδεχομένως η επιδιόρθωση των νουκλεοτιδίων.


Πηγή: medicalxpress.com
Έρευνα: Prabesh Bhattarai et al. Neuron-glia interaction through Serotonin-BDNF-NGFR axis enables regenerative neurogenesis in Alzheimer's model of adult zebrafish brain, PLOS Biology (2020).
Μετάφραση: Σκούπρα Μαρία, Ψυχολόγος
Επιμέλεια: Πετρίνα Αχυριάτη, Μεταφράστρια, MA in Translation

Κάντε like στην σελίδα μας στο Facebook 
Ακολουθήστε μας στο Twitter 

Εγγραφείτε για να λαμβάνετε το newsletter μας!

Βρείτε μας στα...