Kemperman, Gage, Nowe komorki nerwowe (1999).pdf

Nowe komrki nerwowe

w dojrza¸ym mzgu

Wbrew powszechnemu przekonaniu mzg doros¸ego cz¸owieka wytwarza

nowe komrki nerwowe. Czy ta nowo odkryta zdolnoæ przyczyni si«

do opracowania lepszych metod leczenia schorzeÄ neurologicznych?

Gerd Kempermann i Fred H. Gage

ku dni. Z¸amana noga zazwyczaj

si« zroænie, jeýeli zostanie prawi-

d¸owo nastawiona. Prawie wszystkie

tkanki ludzkie zachowuj przez ca¸e na-

sze ýycie zdolnoæ do samonaprawy. W

znacznej cz«æci zawdzi«czamy to wszech-

stronnoæci komrek macierzystych, kt-

re w nieograniczonym niemal czasie po-

dzia¸em i generowaniem nie tylko w¸as-

nych wiernych kopii, lecz rwnieý wielu

rýnych rodzajw komrek przypomi-

naj komrki rozwijajcego si« zarodka.

Doskona¸ym przyk¸adem jest odmia-

na komrek macierzystych wyst«pujca

w szpiku kostnym. Mog one da pocz-

tek wszystkim komrkom krwi: krwin-

kom czerwonym, p¸ytkom i ca¸ej gamie

krwinek bia¸ych. Inne rodzaje komrek

macierzystych produkuj rýne sk¸adowe

skry, wtroby lub æluzwki jelit.

Mzg doros¸ego cz¸owiek moýe czasa-

mi ca¸kiem dobrze skompensowa do-

znane uszkodzenia, tworzc nowe po¸-

czenia pomi«dzy zachowanymi komr-

kami nerwowymi (neuronami). Nie po-

trafi jednak dokona samonaprawy, po-

niewaý brakuje mu komrek macierzy-

stych umoýliwiajcych regeneracj« neuro-

nw. Tak przynajmniej uwaýa¸a do nie-

dawna wi«kszoæ neurobiologw.

W listopadzie ub. r. Peter S. Eriksson

z Sahlgrenska Universitetssjukhuset

w Gteborgu (Szwecja) i Gage (wsp¸au-

tor tego artyku¸u) z Salk Institute for Bio-

logical Studies w La Jolla w Kalifornii

(USA) wraz z kilkoma wsp¸pracowni-

kami opublikowali zaskakujc informa-

cj«, ýe mzg doros¸ego cz¸owieka regu-

larnie produkuje nowe neurony, przy-

najmniej w jednej ze swoich struktur Ð

w hipokampie, czyli obszarze istotnym

dla procesw pami«ci i uczenia si«. (Hi-

pokamp nie jest miejscem przechowy-

wania æladw pami«ciowych, ale poma-

ga w ich odk¸adaniu po otrzymaniu sy-

gna¸w z innych obszarw mzgu. Oso-

by, ktre dozna¸y uszkodzenia tej struk-

tury, maj k¸opoty z przyswajaniem wie-

dzy, ale umiej przywo¸ywa informacje

nabyte w okresie wczeæniejszym.)

Bezwzgl«dna liczba nowo powstaj-

cych komrek jest stosunkowo ma¸a

w porwnaniu z ca¸kowit liczb neuro-

nw w mzgu. Niemniej listopadowe

odkrycie w zestawieniu z wynikami naj-

nowszych eksperymentw na zwierz«-

tach otwiera przed medycyn kilka bar-

dzo obiecujcych perspektyw. Z rezul-

tatw aktualnie prowadzonych badaÄ

wynika, ýe komrki macierzyste produ-

kuj neurony w jeszcze jednej okolicy

mzgu, a znajduj si« rwnieý, chociaý

uæpione, w kilku innych obszarach. A

zatem okazuje si«, ýe doros¸y mzg, kt-

ry tak s¸abo radzi sobie z samonapra-

w, w istocie skrywa znaczny potencja¸

regeneracyjny. Jeýeli badacze zdo¸aj si«

nauczy, jak pobudza istniejce komr-

ki macierzyste do produkowania zna-

czcej liczby funkcjonalnych neuronw

w wybranym obszarze mzgu, umoý-

liwi im to zapewne ¸agodzenie wszel-

kich zaburzeÄ zwizanych z uszkodze-

niami i æmierci komrek nerwowych

Ð w tym choroby Alzheimera, Parkin-

sona oraz upoæledzeÄ towarzyszcych

udarom i urazom mzgu.

Wskazwki i... wtpliwoæci

Odkrycie, ýe mzg doros¸ego cz¸o-

wieka moýe produkowa nowe neuro-

ny, by¸o zaskakujce, chociaý na za-

chodzenie tego procesu od wielu lat

wskazywa¸y badania mzgw innych

doros¸ych ssakw. Na przyk¸ad juý

w 1965 roku Joseph Altman i Gopal D.

Das z Massachusetts Institute of Techno-

HIPOKAMP

PRZYKüADOWA

KOMîRKA ZIARNISTA

OBSZAR CA3

zaznaczony fragment

MîZG CZüOWIEKA

MîZG GRYZONIA

AKSON

PRZYKüADOWY

NEURON

PIRAMIDOWY

WN¢KA

HIPOKAMP

WARSTWA

KOMîREK ZIARNISTYCH

ZAKR¢TU Z¢BATEGO

24 å WIAT N AUKI Lipiec 1999

P rzeci«ta skra zagoi si« w cigu kil-

logy opisali produkcj« komrek nerwo-

wych (neurogenez«) w hipokampach

doros¸ych szczurw, dok¸adnie w tym

samym obszarze, w ktrym stwierdzo-

no obecnie zachodzenie tego procesu

u ludzi (mowa o zakr«cie z«batym).

Pniejsze badania potwierdzi¸y to, co

opisali Altman i Das, ale wi«kszoæ nau-

kowcw nie uzna¸a tego za dowd, ýe

neurogeneza w mzgach doros¸ych ssa-

kw zachodzi w stopniu znaczcym lub

ýe wskazuje na moýliwoæ posiadania

pewnych zdolnoæci regeneracyjnych

przez mzg ludzki. Jedn z przyczyn by¸

fakt, ýe dost«pne wwczas metody nie

pozwala¸y dok¸adnie oceni liczby nowo

utworzonych neuronw ani ustali po-

nad wszelk wtpliwoæ, ýe powstajce

komrki s na pewno neuronami. Ponad-

to sama idea istnienia komrek macie-

rzystych mzgu nie zosta¸a jeszcze sfor-

mu¸owana. Naukowcy sdzili wi«c, ýe

nowe komrki nerwowe tworzy¸y si« je-

dynie poprzez podzia¸ w pe¸ni dojrza-

¸ych neuronw Ð niewiarygodnie trud-

ny wyczyn. Nie doceniano rwnieý

znaczenia tych wynikw dla procesw

zachodzcych w mzgu cz¸owieka; po

cz«æci dlatego, ýe nikomu nie uda¸o si«

do tego czasu przedstawi dowodw na

zachodzenie neurogenezy w mzgach

ma¸p, ktre jako naczelne bliýsze s cz¸o-

wiekowi genetycznie i fizjologicznie niý

inne ssaki.

Tak si« sprawy mia¸y aý do po¸owy

lat osiemdziesitych, kiedy Fernando

Nottebohm z Rockefeller University wy-

wo¸a¸ poruszenie w ærodowisku zajmu-

jcych si« t dziedzin badaczy, publi-

kujc zdumiewajce wyniki prac nad

mzgami doros¸ych kanarkw. Odkry¸

on, ýe neurogeneza zachodzi u tych

ptakw w oærodkach mzgu od-

powiedzialnych za uczenie

si« æpiewu i co wi«cej,

proces ten nasila si«

w tych porach

roku, w ktrych doros¸e ptaki ucz si«

swoich pieæni. Nottebohm i jego wsp¸-

pracownicy wykazali teý, ýe formowanie

neuronw w hipokampach doros¸ych si-

kor wzrasta w okresach wymagajcych

nasilenia procesw pami«ciowych,

w szczeglnoæci wtedy, gdy ptaki mu-

sz zapami«ta coraz bardziej odleg¸e

i rozproszone rd¸a pokarmu. Te spek-

takularne odkrycia wywo¸a¸y ponowne

zainteresowanie neurogenez u doro-

s¸ych ssakw i rozwaýania nad ewentu-

alnymi zdolnoæciami regeneracyjnymi

dojrza¸ego mzgu cz¸owieka.

Optymizm wynikajcy z faktu, ýe

neurogeneza moýe zachodzi rwnieý

u ludzi, by¸ jednak krtkotrwa¸y. Mniej

wi«cej w tym samym czasie Pasko Rakic

i jego wsp¸pracownicy z Yale Univer-

sity przeprowadzili pionierskie bada-

nia nad neurogenez u doros¸ych na-

czelnych. Praca ta, bardzo rzetelna jak

na owe czasy, nie wykaza¸a powstawa-

nia nowych neuronw w mzgach do-

ros¸ych makakw.

Przeciwko zachodzeniu tego procesu

w mzgu doros¸ego cz¸owieka przema-

wia¸y rwnieý argumenty logiczne. Bio-

lodzy wiedzieli, ýe w toku ewolucji neu-

rogeneza ulega¸a ograniczeniom, w

miar« jak mzg stawa¸ si« coraz bar-

dziej z¸oýony. Podczas gdy jasz-

czurki i inne niýsze zwie-

rz«ta mog korzysta z

dobrodziejstwa rege-

neracji neuro-

nalnej nawet w przypadku rozleg¸ych

uszkodzeÄ mzgu, ssaki nie maj takich

moýliwoæci. Rozsdne wi«c wydawa¸o

si« za¸oýenie, ýe dodawanie nowych ko-

mrek do misternie utkanej sieci neuro-

nw ludzkiego mzgu zaburzy¸oby usta-

lony porzdek przep¸ywu sygna¸w

wzd¸uý ustalonych szlakw.

Pierwsze oznaki, ýe takie rozumowa-

nie moýe by b¸«dne, pojawi¸y si« dopie-

ro kilka lat temu. Najpierw zesp¸ kie-

rowany przez Elizabeth Gould i BruceÕa S.

McEwena z Rockefeller University oraz

Eberharda Fuchsa z Deutsches Primaten-

zentrum GmbH w Getyndze odkry¸

w 1997 roku, ýe neurogeneza zachodzi

w pewnym stopniu w hipokampie spo-

krewnionego doæ blisko z naczelnymi

wiewirecznika pospolitego. Nast«pnie

w marcu 1998 roku stwierdzono to sa-

mo zjawisko u pazurkowcw.

Pokrewienstwo tych ma¸p

z ludmi jest mniejsze

niý makakw, naleý

one jednak do

naczelnych.

NOWY NEURON

MIGRUJCA KOMîRKA

NARODZINY KOMîREK NERWOWYCH, czyli

neuronw, w mzgu doros¸ego cz¸owieka udoku-

mentowano w hipokampie, obszarze istotnym

w procesach pami«ciowych. Etapy tego zjawiska,

zachodzcego w zakr«cie z«batym hipokampu (dia-

gram na ssiedniej stronie) , ustalono pierwotnie

u gryzoni. Najpierw nie wyspecjalizowane komr-

ki macierzyste dziel si« (1) na pograniczu war-

stwy komrek ziarnistych (zawierajcej globular-

ne cia¸a komrkowe neuronw ziarnistych) i wn«ki

(obszaru ssiadujcego, zawierajcego aksony,

czyli przewodzce sygna¸y wypustki neuronw

ziarnistych). Nast«pnie niektre z powstajcych

komrek potomnych migruj g¸«biej w warstw«

komrek ziarnistych (2) . Ostatecznie cz«æ z nich

rýnicuje si« w neurony ziarniste (3) z ich charak-

terystycznymi wypustkami.

KOMîRKI POTOMNE

KOMîRKI MACIERZYSTEJ

KOMîRKA MACIERZYSTA

å WIAT N AUKI Lipiec 1999 25

DOWODEM POWSTAWANIA NOWYCH NEURONîW w dojrza¸ym mzgu cz¸owieka s m.in. te mikrofotografie tkanki hipokampalnej

z mzgu zmar¸ych na raka doros¸ych pacjentw. Neurony na otrzymanych rýnymi metodami obrazach zaznaczone s na czerwono. Kolor

zielony w neuronach na ilustracji z lewej i ciemny obszar neuronw na ilustracji z prawej oznaczaj, ýe chromosomy tych komrek zawie-

raj bromodeoksyurydyn« (BrdU), substancj«, ktr wstrzykni«to pacjentom, aby oceni szybkoæ rozrostu guza. BrdU jest wbudowywana

w DNA komrek podlegajcych podzia¸om (takich jak komrki macierzyste), ale nie wbudowuje si« w juý istniejce neurony. Jej obecnoæ

æwiadczy wi«c, ýe zawierajce j komrki zrýnicowa¸y si« w neurony juý po podaniu BrdU pacjentom w zaawansowanym wieku.

Odpowiedzi na pytanie, czy neuro-

geneza zachodzi u osb doros¸ych, mo-

g¸y, rzecz jasna, udzieli tylko badania

przeprowadzone bezpoærednio na lu-

dziach. Sdzono jednak, ýe s one nie-

wykonalne, poniewaý metody zasto-

sowane do wykazania neurogenezy u

zwierzt nie wydawa¸y si« odpowied-

nie w przypadku cz¸owieka.

Metody te rýni si« nieco mi«dzy so-

b, ale z regu¸y opieraj si« na tym, ýe

komrki przed podzia¸em duplikuj

swoje chromosomy, co umoýliwia ko-

mrkom potomnym otrzymanie ich pe¸-

nego zestawu. W doæwiadczeniach na

zwierz«tach badacze zazwyczaj wstrzy-

kuj im substancj«, ktra zostaje nast«p-

nie wbudowana tylko do DNA kom-

rek przygotowujcych si« do podzia¸u,

a potem znacznik ten moýna wyæledzi.

Staje si« ona cz«æci DNA powstajcej

komrki potomnej i przekazywana jest

kolejnym jej generacjom.

Po pewnym czasie niektre z oznaczo-

nych komrek zaczynaj si« rýnicowa,

tj. specjalizowa, przekszta¸cajc si«

w okreælone rodzaje neuronw lub w ko-

mrki glejowe (stanowice drug z pod-

stawowych grup komrek w mzgu).

Odczekawszy, aý do tego dojdzie, na-

ukowcy wyjmuj mzg zwierz«cia i tn

go na skrawki, ktre s nast«pnie barwio-

ne na obecnoæ neuronw oraz gleju

i ogldane pod mikroskopem. Moýna za-

¸oýy, ýe komrki zawierajce znacznik

(sygna¸ æwiadczcy o pochodzeniu od

ulegajcych podzia¸owi komrek pier-

wotnych) przekszta¸ci¸y si« w komrki

nerwowe juý po jego wprowadzeniu do

organizmu. W pe¸ni zrýnicowane neu-

rony si« nie dziel, a zatem nie mog

wbudowa znacznika.

rozwizania wkrtce po zakoÄczeniu

urlopu naukowego sp«dzonego w na-

szym zespole w Salk. Jako klinicysta pe¸-

ni¸ pewnego dnia dyýur wraz z onko-

logiem. Podczas pogaw«dki dowiedzia¸

si«, ýe uýywany przez nas znacznik

podlegajcych podzia¸om komrek

u zwierzt Ð bromodeoksyurydyna

(BrdU) Ð stosowany by¸ rwnieý u nie-

ktrych nieuleczalnie chorych z rakiem

j«zyka i krtani. Ludzie owi obj«ci byli

programem badawczym, w ktrym

dzi«ki tej w¸aænie substancji monitoro-

wano rozrost guza.

Eriksson uæwiadomi¸ sobie, ýe gdyby

po ich æmierci uda¸o mu si« uzyska hipo-

kampy, to przeprowadzane w Salk Insti-

tute analizy pozwoli¸yby zidentyfikowa

w tych strukturach neurony i ustali, czy

ktreæ z nich zawieraj znacznik DNA.

Obecnoæ BrdU æwiadczy, ýe te neurony

powsta¸y juý po jego podaniu. Badanie

takie mog¸oby dowieæ, ýe zasz¸a neuro-

geneza, przypuszczalnie na drodze na-

mnaýania i rýnicowania komrek ma-

cierzystych w mzgach doros¸ych osb.

Eriksson uzyska¸ zgod« pacjentw na

poæmiertne badanie ich mzgw. Pomi«-

dzy pocztkiem 1996 roku a lutym 1998

pi«ciokrotnie gna¸ do szpitala, aby ode-

bra prbki mzgu zmar¸ych w wieku

57Ð72 lat. Zgodnie z oczekiwaniami we

wszystkich prbkach stwierdzono obec-

noæ nowych neuronw, przede wszyst-

kim tych znanych jako komrki ziarniste

w zakr«cie z«batym. Dzi«ki ludziom, kt-

rzy przed æmierci przekazali swoje m-

zgi do tego celu, otrzymaliæmy dowd

na zachodzenie neurogenezy w mzgu

doros¸ego cz¸owieka. (Zbiegiem okolicz-

noæci by¸o, ýe publikacja tych danych na-

stpi¸a niemal jednoczeænie z og¸osze-

niem wynikw prac zespo¸w kiero-

wanych przez Goulda i Rakica, z ktrych

wynika¸o, ýe neurogeneza zachodzi w hi-

pokampach doros¸ych makakw.)

Oczywiæcie samo wykazanie zacho-

dzenia neurogenezy w mzgu doros¸ego

cz¸owieka nie wystarcza. Jeýeli celem jest

stymulowanie kontrolowanej regenera-

cji w niedomagajcym mzgu ludzkim,

to naukowcy b«d musieli zlokalizowa

komrki macierzyste zdolne do zrýnico-

wania si« w neurony. Zechc mie rw-

nieý pewnoæ, ýe powstajce z tych ko-

mrek neurony spe¸ni swoje zadanie,

prawid¸owo przekazujc i odbierajc sy-

gna¸y. Poniewaý neurogeneza w hipo-

kampach gryzoni odzwierciedla doæ do-

brze ten sam proces zachodzcy w mz-

gu cz¸owieka, w poszukiwaniach dal-

szych wskazwek naukowcy mog po-

wrci do badaÄ na myszach i szczurach.

Czy nowe neurony pe¸ni jakæ funkcj«?

Dotychczasowe prace na gryzoniach

wykaza¸y, ýe w pewnym stopniu neu-

rogeneza zachodzi przez ca¸e ýycie,

nie tylko w hipokampie, lecz rwnieý

w oærodku w«chowym. Komrki ma-

cierzyste znajduj si« rwnieý w ta-

kich strukturach mzgu, jak przegroda

(zwizana z emocjami i procesami ucze-

nia si«) i prýkowie (s¸uýce do precy-

zyjnej koordynacji aktywnoæci rucho-

wej) oraz w rdzeniu kr«gowym. Nie

wydaje si« jednak, aby w normalnych

warunkach komrki te produkowa¸y

nowe neurony poza obszarem hipokam-

pu i oærodka w«chowego.

Gdyby przednie cz«æci mzgu zwie-

rz«cia by¸y przezroczyste, to cz«æ hipo-

kampu zwana zakr«tem z«batym wi-

doczna by¸aby jako cienka ciemna war-

stwa, kszta¸tem przypominajca nieco le-

ýc na boku liter« V. To V zbudowane

jest z zawierajcych jdro cia¸ komrko-

wych neuronw ziarnistych. Warstwa

ograniczona ramionami litery V zwana

jest wn«k. Sk¸ada si« g¸wnie z akso-

nw, czyli d¸ugich wypustek neuronal-

nych, ktrymi komrki ziarniste przeka-

zuj sygna¸y do hipokampalnej stacji

przekanikowej zwanej CA3.

Komrki macierzyste, z ktrych po-

wstaj nowe neurony, wyst«puj na gra-

nicy mi«dzy zakr«tem z«batym a wn«k.

Chorzy na raka wskazali drog«

Takich badaÄ nie moýna oczywiæcie

przeprowadza na ýywych ludziach.

Przeszkoda ta wydawa¸a si« nie do po-

konania, dopki Eriksson nie znalaz¸

26 å WIAT N AUKI Lipiec 1999

Komrki te nieustannie si« dziel. Wiele

tych komrek potomnych jest dok¸adn

kopi komrek rodzicielskich i znaczna

ich cz«æ ginie wkrtce po powstaniu.

Niektre jednak migruj g¸«boko do wn«-

trza warstwy komrek ziarnistych, gdzie

przybieraj posta komrek ssiaduj-

cych wraz z wypustkami s¸uýcymi do

przyjmowania i wysy¸ania sygna¸w. Ich

aksony przebiegaj wzd¸uý tych samych

szlakw co aksony od dawna wyst«puj-

cych tam ssiadw.

Komrki macierzyste, z ktrych po-

wstaj nowe neurony w obszarze w«cho-

wym, wyæcie¸aj æciany wype¸nionych

p¸ynem przestrzeni mzgowych zwa-

nych komorami bocznymi. Arturo Alva-

rez-Buylla i jego wsp¸pracownicy z Ro-

ckefeller University wykazali, ýe niekt-

re komrki potomne komrek macierzy-

stych z tego obszaru migruj na znaczn

odleg¸oæ Ð aý do opuszki w«chowej,

gdzie przybieraj wygld charaktery-

styczny dla neuronw tej struktury.

Skoro w obu strukturach nowe neuro-

ny wygldaj podobnie jak ich powsta-

¸e znacznie wczeæniej odpowiedniki,

z duýym prawdopodobieÄstwem mo-

ýemy zak¸ada, ýe funkcjonuj rwnieý

tak samo. Jak jednak to udowodni?

Wskazwek dostarczy¸y badania nad

wp¸ywem otoczenia na anatomi« m-

zgu i procesy uczenia si«.

Na pocztku lat szeædziesitych Mark

R. Rosenzweig i jego wsp¸pracownicy

z University of California w Berkeley

przenieæli gryzonie z doæ skromnych po-

mieszczeÄ laboratoryjnych do bardziej

urozmaiconego ærodowiska, gdzie za-

pewniono im bardzo duý przestrzeÄ

i liczne grono pobratymcw. Mog¸y rw-

nieý porusza si« w nieustannie modyfi-

kowanym przez opiekunw otoczeniu,

korzysta z bieýni ko¸owej i bawi si« roz-

maitymi zabawkami.

Rosenzweig i jego grupa, a pniej

rwnieý William T. Greenough z Univer-

sity of Illinois opisali zadziwiajce efekty

takiego polepszenia warunkw ýycia

gryzoni. W porwnaniu ze zwierz«tami

trzymanymi w zwyk¸ych klatkach mia-

¸y nieco ci«ýszy mzg, grubsze pewne

struktury mzgowe, odmienne poziomy

niektrych neuroprzekanikw (czste-

czek przenoszcych pobudzajce lub ha-

mujce sygna¸y z jednego neuronu na

drugi), wi«cej po¸czeÄ mi«dzyneuronal-

nych i wi«cej rozga¸«zieÄ wypustek ner-

wowych. Ponadto wypada¸y lepiej w te-

stach uczenia si«, na przyk¸ad podczas

przemieszczania si« w labiryncie.

Wyniki te æwiadczy¸y, ýe zmiany æro-

dowiska usprawni¸y funkcje mzgowe.

Neurobiolodzy przekonali si« zatem, ýe

wzbogacenie ærodowiska dojrza¸ych

gryzoni wp¸ywa na unerwienie mzgu

i aktywuje jego dzia¸anie. Przez ca¸e jed-

nak lata odrzucali koncepcj«, ýe uspraw-

nienie to moýe choby cz«æciowo mie

rd¸o w produkcji nowych neuronw

przez mzgi doros¸ych osobnikw Ð a

przecieý Altman sugerowa¸ tak moý-

liwoæ juý w 1964 roku.

Obecnie nowe odkrycia potwierdzi¸y,

ýe zmiany ærodowiskowe faktycznie

wp¸ywaj na neurogenez« w doros¸ym

mzgu. Dzi«ki technikom niedost«pnym

w latach szeædziesitych nasz zesp¸ wy-

kaza¸ w 1997 roku, ýe doros¸e myszy

przeniesione do korzystniejszych warun-

kw wytwarza¸y w zakr«cie z«batym

o 60% wi«cej komrek ziarnistych niý ge-

netycznie identyczne zwierz«ta kontrol-

ne. Lepiej rwnieý radzi¸y sobie z wyma-

gajcym nauki znajdowaniem wyjæcia

z wype¸nionego wod naczynia. Bogat-

sze ærodowisko stymulowa¸o neuroge-

nez« i proces uczenia si« nawet u bardzo

starych myszy, u ktrych wyjæciowy po-

ziom powstawania nowych komrek ner-

wowych jest znacznie niýszy niý u doj-

rza¸ych, ale m¸odych jeszcze zwierzt.

Nie chcemy twierdzi, ýe jedynie no-

we neurony by¸y odpowiedzialne za ko-

rzystne zmiany behawioralne, ponie-

waý z pewnoæci istotn rol« odgrywa¸y

rwnieý zmiany w konfiguracji uner-

wienia i chemicznym mikroærodowisku

badanych obszarw mzgu. Z drugiej

jednak strony trudno uwierzy, ýe tak

spektakularny wzrost produkcji nowych

neuronw oraz sam fakt ewolucyjnego

przetrwania neurogenezy w mzgach

doros¸ych zwierzt nie s¸uýy ýadnemu

celowi.

Poszukiwanie mechanizmw kontroli

Jeýeli zgodnie z naszymi podejrzenia-

mi powstajce rutynowo w mzgu do-

ros¸ego cz¸owieka neurony s funkcjo-

nalne, to zrozumienie mechanizmw

kontrolujcych ten proces umoýliwi

neurobiologom stymulowanie neuroge-

nezy w tych obszarach, w ktrych ist-

nieje taka potrzeba. W cigu ostatnich

kilku lat podczas badaÄ na zwierz«tach

zidentyfikowano inne, prcz wzboga-

WSZECHSTRONNA

KOMîRKA MACIERZYSTA

ZAPüODNIONE JAJO

UKIERUNKOWANA

KOMîRKA MACIERZYSTA

PREKURSOROWA

KOMîRKA MîZGOWA

KOMîRKI PREKURSOROWE

TKANEK POZAMîZGOWYCH

UKIERUNKOWANA

KOMîRKA POTOMNA

KOMîRKI MACIERZYSTEJ

NEUROBLAST

GLIOBLAST

(RîDüO KOMîREK GLEJOWYCH)

KOMîRKA ZRîûNICOWANA

KOMîRKA ZIARNISTA

INNE NEURONY

ROZWîJ KOMîREK ZIARNISTYCH w zarodku przebiega, jak si« przypuszcza, etapa-

mi zaznaczonymi na rysunku kolorem zielonym. Wszechstronna komrka macierzysta,

zdolna da pocztek kaýdemu rodzajowi komrek organizmu, produkuje wczesne komr-

ki potomne, wærd ktrych znajduj si« nadal nie wyspecjalizowane komrki macierzyste

zdolne do produkcji komrek mzgowych (1) . Z tych ukierunkowanych komrek macie-

rzystych powstaj nast«pnie macierzyste komrki potomne, ktrych przeznaczeniem jest

produkcja jedynie komrek nerwowych (2) lub glejowych (niezb«dnych do utrzymania

neuronw przy ýyciu). Ostatecznie macierzyste komrki nerwowe daj pocztek komr-

kom ziarnistym w hipokampie (3) lub innym rodzajom komrek nerwowych w pozosta-

¸ych obszarach mzgu. Obecnie wydaje si«, ýe w hipokampie cz¸owieka procesy na etapach

drugim i trzecim zachodz w sposb cig¸y przez ca¸e ýycie.

å WIAT N AUKI Lipiec 1999 27

cania ærodowiska, czynniki wp¸ywaj-

ce na neurogenez«.

Wyniki te stan si« bardziej zrozumia-

¸e dla czytelnika, jeýeli przypomnimy, ýe

neurogeneza jest procesem wielostopnio-

wym, obejmujcym podzia¸ komrek ma-

cierzystych, przeýycie niektrych kom-

rek potomnych, migracj« do miejsca

przeznaczenia i rýnicowanie komrek.

A zatem czynniki decydujce o jednym

etapie procesu maj wp¸yw na przebieg

innych etapw. Nasilenie proliferacji ko-

mrek macierzystych moýe przyczyni

si« do wzrostu liczby nowych neuronw,

jeýeli stopieÄ przeýywalnoæci komrek

potomnych i nasilenie procesu rýnico-

wania b«d sta¸e, a liczba nowo powsta-

jcych neuronw si« nie zmieni Ð pod wa-

runkiem, ýe te dwa ostatnie procesy

ulegn zahamowaniu. Oznacza¸oby to

teý, ýe nowych neuronw b«dzie przy-

bywa z zachowaniem liczby podzia¸w

komrek macierzystych, gdy zwi«kszy

si« przeýywalnoæ i nasili rýnicowanie

komrek potomnych.

Wærd odkrytych dotychczas czynni-

kw regulacyjnych s takie, ktre wyda-

j si« hamowa proces neurogenezy.

Gould i McEwen stwierdzili na przyk¸ad,

ýe niektre z regularnych sygna¸w do-

cierajcych do zakr«tu z«batego mog

ogranicza produkcj« komrek nerwo-

wych. Te neuroprzekaniki, ktre pobu-

dzaj wy¸adowania komrek ziarnistych,

hamuj bowiem jednoczeænie podzia¸ ko-

mrek macierzystych w hipokampie.

Neurogenez« w doros¸ym mzgu ograni-

cza rwnieý wysoki poziom we krwi hor-

monw z grupy glikokortykoidw.

W æwietle tych wynikw nie s za-

pewne zaskoczeniem doniesienia tego

samego zespo¸u, ýe stres redukuje pro-

liferacj« komrek macierzystych hipo-

kampu. Powoduje uwalnianie pobudza-

jcych neuroprzekanikw w mzgu

i uwalnianie glikokortykoidw z nad-

nerczy. Zrozumienie mechanizmw ha-

mowania neurogenezy jest istotne dla

opracowania sposobw przeciwdzia¸a-

nia temu zjawisku. Ale nadal nie mamy

w pe¸ni jasnego obrazu sytuacji. Na

przyk¸ad wykazanie, ýe bardzo wyso-

kie poziomy neuroprzekanikw pobu-

dzajcych lub niektrych hormonw

mog ogranicza neurogenez«, nie ozna-

cza jeszcze, iýby substancje te mia¸y

dzia¸anie hamujce rwnieý w niýszych

st«ýeniach; w rzeczywistoæci mog dzia-

¸a pobudzajco na ten proces.

Jeýeli chodzi o czynniki nasilajce hi-

pokampaln neurogenez«, to zarwno

my, jak i inne grupy badaczy prbowa-

liæmy ustali, ktre cechy wzbogacone-

go ærodowiska mia¸y najwi«kszy wp¸yw

na ten proces. Gould, obecnie z Prince-

ton University, i jej wsp¸pracownicy

wykazali ostatnio, ýe uczestniczenie

w zadaniach wymagajcych uczenia si«,

nawet w standardowym ærodowisku,

wzmaga przeýywalnoæ komrek po-

wsta¸ych w wyniku podzia¸u komrek

macierzystych, powodujc wzrost licz-

by nowych neuronw.

Tymczasem nasz zesp¸ porwnywa¸

nat«ýenie neurogenezy w dwch gru-

pach myszy trzymanych w zwyk¸ych

klatkach Ð do jednej z nich wstawio-

no bieýni« ko¸ow. Myszy majce nie-

ograniczony dost«p do ko¸a korzysta¸y

z niego cz«sto i po zakoÄczeniu doæwiad-

czenia okaza¸o si«, ýe w ich mzgach po-

wsta¸o dwukrotnie wi«cej nowych neuro-

nw niý w mzgach osobnikw z grupy

kontrolnej pozbawionych tej frajdy. To

nasilenie neurogenezy odpowiada¸o

mniej wi«cej wzrostowi obserwowane-

mu u myszy przebywajcych w korzyst-

niejszym dla nich ærodowisku. U osob-

nikw majcych duýo ruchu nastpi¸o

nasilenie procesw dzielenia si« kom-

rek macierzystych, podczas gdy w grupie

zwierzt umieszczonych we wzbogaco-

nym otoczeniu nie obserwowano zmian

w tempie proliferacji tych komrek.

W tym ostatnim przypadku (jak stwier-

dza Gould) stymulacja ærodowiskowa

sprzyja¸a najwyraniej poprawie przeýy-

walnoæci komrek potomnych, wobec

czego wi«cej z nich zrýnicowa¸o si« w

neurony. Odkrycie to wskazuje wyra-

nie, ýe procesy regulujce neurogenez«

u osobnikw doros¸ych s z¸oýone i za-

chodz na kilku poziomach.

Wiadomo, iý na neurogenez« wp¸y-

waj pewne substancje chemiczne. Wraz

z naszymi wsp¸pracownikami ocenia-

liæmy wp¸yw czynnika wzrostowego

naskrka i czynnika wzrostowego fibro-

blastw, ktre wbrew nazwom oddzia-

¸uj rwnieý na rozwj neuronw w ho-

dowlach komrkowych. Wraz z H.

Georgem Khunem z Salk Institute i Jr-

genem Winklerem z University of Ca-

lifornia w San Diego podawaliæmy te

substancje do bocznych komr mzgu

doros¸ych szczurw, gdzie powodowa-

¸y one wyrane nasilenie proliferacji wy-

st«pujcych tam komrek macierzy-

stych. Czynnik wzrostowy naskrka

sprzyja¸ rýnicowaniu si« powstajcych

komrek w komrki gleju opuszki w«-

chowej, czynnik wzrostowy fibrobla-

stw zaæ Ð w nowe neurony.

Interesujce, ýe wywo¸anie u doro-

s¸ych zwierzt pewnych stanw pato-

logicznych, takich jak napady drgaw-

kowe lub udar mzgu, powoduje

niekiedy drastyczne nasilenie podzia-

¸w komrek macierzystych, a nawet

neurogenez«. Pytanie, czy mzg potra-

fi wykorzysta t« reakcj« do uzupe¸nie-

nia ubytkw neuronalnych, pozostaje

na razie bez odpowiedzi. W przypad-

ku napadw drgawkowych chaotycz-

ne po¸czenia tworzone przez nowe

neurony mog przyczyni si« do nasi-

lenia problemu. Podzia¸y komrek ma-

cierzystych i neurogeneza æwiadcz

o tym, ýe mzg ma zdolnoæ do samo-

naprawy. Dlaczego wi«c tego na og¸

nie wykorzystuje?

W omwionych dotd doæwiadcze-

niach zarwno my, jak i inne zespo¸y za-

angaýowane w badanie czynnikw re-

gulujcych neurogenez« kontrolowaliæmy

jedn z moýliwych zmiennych Ð czynnik

genetyczny. Obserwowaliæmy neurolo-

giczne reakcje na rýnego rodzaju bod-

ce u identycznych genetycznie zwierzt

(z tzw. chowu wsobnego). Innym sposo-

bem badania czynnikw regulujcych

neurogenez« jest utrzymywanie sta¸ych

warunkw ærodowiskowych i porwny-

wanie genotypu zwierzt rýnicych si«

wyranie intensywnoæci wytwarzania

nowych neuronw. Przypuszczalnie

wærd genw, ktrymi rýni si« te zwie-

rz«ta, s sterujce rozwojem nowych ko-

mrek nerwowych. Zbliýonym podej-

æciem badawczym jest porwnywanie

28 å WIAT N AUKI Lipiec 1999

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: