Mutacje związane z chorobą Alzheimera mogą zaburzać połączenie nerwów z mięśniami
- Mutacje związane z dziedziczną chorobą Alzheimera zaburzały połączenie neuronów ruchowych ze zdrowymi komórkami mięśniowymi w modelu laboratoryjnym.
- W układzie eksperymentalnym nie było mózgu ani rdzenia kręgowego, co wskazuje na możliwy bezpośredni wpływ mutacji na nerwy obwodowe.
- Badanie nie rozstrzyga, czy zmiany chodu mogą służyć jako wczesny objaw diagnostyczny u pacjentów.
Co wykazał eksperyment z nerwami i mięśniami
Chorobę Alzheimera zwykle wiąże się z pogorszeniem pamięci, dezorientacją i spadkiem zdolności poznawczych. Jednak u niektórych osób zaburzenia równowagi, koordynacji lub chodu mogą pojawić się na wiele lat przed zauważalnymi problemami z myśleniem. Naukowcy z Uniwersytetu Środkowej Florydy sprawdzili, czy część takich zaburzeń ruchowych może wynikać nie tylko ze zmian w mózgu, lecz także z bezpośredniego wpływu związanych z chorobą mutacji na nerwy sterujące mięśniami.
Zespół badał dziedziczną postać choroby Alzheimera — rzadki wariant, który zwykle rozwija się wcześniej niż jej powszechna postać, między 40. a 65. rokiem życia. W modelu laboratoryjnym neurony ruchowe z mutacjami związanymi z tym wariantem choroby zaburzały działanie połączeń, za pośrednictwem których komórki nerwowe kontrolują mięśnie. Działo się tak nawet przy całkowitym braku mózgu i rdzenia kręgowego w modelu, czyli ośrodkowego układu nerwowego.
Wynik ten zmienia sposób stawiania pytania o możliwe przyczyny wczesnych problemów z poruszaniem się. Jeśli połączenie nerwowo-mięśniowe ulega zaburzeniu bezpośrednio z powodu mutacji, objawów ruchowych nie można wyjaśnić wyłącznie uszkodzeniem mózgu. Kierujący badaniem James Hickman i Xufan „Nadine” Guo uważają, że zaburzenia ruchowe mogą pojawiać się przed objawami ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Badanie wykazało jednak ten efekt w modelu laboratoryjnym, a nie ustaliło, kiedy takie zmiany pojawiają się u ludzi.
Dlaczego obwodowy układ nerwowy jest ważny
Neurony ruchowe przekazują mięśniom sygnały niezbędne do skurczu i ruchu. Nerwy znajdujące się poza mózgiem i rdzeniem kręgowym należą do obwodowego układu nerwowego; uczestniczą w przekazywaniu sygnałów między ośrodkowym układem nerwowym a resztą ciała. Badacze wykazali, że mutacje związane z dziedziczną chorobą Alzheimera mogą zakłócać to przekazywanie sygnałów na styku komórki nerwowej i tkanki mięśniowej.
Aby sprawdzić tę hipotezę, naukowcy stworzyli model połączenia nerwowo-mięśniowego — miejsca, w którym neuron ruchowy oddziałuje z komórką mięśniową. W modelu wykorzystano zdrowe komórki mięśniowe oraz neurony ruchowe uzyskane z komórek macierzystych z mutacjami związanymi z rodzinną postacią choroby. Następnie badacze oceniali, jak skutecznie zmienione neurony przekazywały sygnały zdrowej tkance mięśniowej. W tym układzie celowo nie było mózgu ani rdzenia kręgowego.
Właśnie brak ośrodkowego układu nerwowego pomógł oddzielić możliwy bezpośredni wpływ mutacji na połączenie nerwowo-mięśniowe od skutków uszkodzenia mózgu. Wyniki eksperymentu pokazały, że zmienione neurony gorzej zapewniały prawidłową współpracę z mięśniami. Hickman zaznaczył, że jest to pierwszy bezpośredni dowód na to, że zaburzenia obwodowego układu nerwowego mogą wynikać bezpośrednio z takich mutacji. Wniosek ten dotyczy modelu laboratoryjnego i nie potwierdza, że wszystkie objawy ruchowe choroby mają jedną przyczynę.
Jak naukowcy stworzyli model na chipie
W badaniu wykorzystano technologię „człowiek na chipie”, opracowaną i produkowaną przez firmę Hesperos, której współzałożycielem jest Hickman. Te miniaturowe systemy łączą różne typy ludzkich komórek w kontrolowanych warunkach, aby odtwarzać wybrane procesy biologiczne. W przeciwieństwie do badań na izolowanych komórkach pozwalają analizować wzajemne oddziaływanie tkanek, a nie tylko reakcję jednego rodzaju komórek.
Badacze wykorzystali komórki macierzyste, ponieważ mogą różnicować się w wyspecjalizowane komórki, w tym neurony ruchowe. Neurony z mutacjami porównano ze zdrową tkanką mięśniową i zbadano przekazywanie sygnałów. Takie modele stanowią również alternatywę dla eksperymentów na zwierzętach: jak wyjaśnia źródło badania, modele zwierzęce nie zawsze dokładnie odzwierciedlają przebieg chorób u ludzi. Jednak system komórkowy nadal pozostaje modelem laboratoryjnym, a nie obserwacją pacjentów.
Połączenie nerwowo-mięśniowe jest niezbędne do wykonywania ruchów dowolnych: sygnał biegnie wzdłuż neuronu ruchowego, uruchamia interakcję z mięśniem i prowadzi do jego skurczu. Ta sekwencja uczestniczy w chodzeniu, utrzymywaniu postawy, podnoszeniu przedmiotów i wykonywaniu precyzyjnych ruchów. Dlatego zaburzenia przekazywania sygnałów mogą potencjalnie wpływać na różne funkcje ruchowe. W przedstawionym badaniu sprawdzano funkcjonowanie połączenia komórek nerwowych i mięśniowych, a nie mierzono chodu ani równowagi u osób z chorobą Alzheimera.
Co oznaczają wyniki — i czego na razie nie dowodzą
Praktyczne znaczenie tego wyniku polega na razie przede wszystkim na wskazaniu nowego kierunku badań nad objawami. Jeśli zaburzenia ruchowe rzeczywiście mogą pojawiać się poza mózgiem, podejścia ukierunkowane wyłącznie na ośrodkowy układ nerwowy mogą nie rozwiązywać problemów dotyczących nerwów obwodowych. Guo zwróciła też uwagę na możliwość wcześniejszej interwencji, jeśli uda się wykrywać zmiany w sposobie poruszania się. Badanie nie oceniało jednak testu diagnostycznego ani nie wykazało, że konkretna cecha chodu pozwala przewidzieć chorobę.
Zachowanie sprawności ruchowej może mieć znaczenie nie tylko dla kondycji fizycznej. W publikacji zauważono, że regularna aktywność fizyczna wiąże się z lepszym funkcjonowaniem poznawczym, dlatego wspieranie zdolności do poruszania się może być ważne także dla zdrowia mózgu. To możliwy dodatkowy powód, by badać obwodowe objawy choroby, a nie dowód na to, że ingerencja w połączenie nerwowo-mięśniowe spowalnia pogorszenie funkcji poznawczych lub mu zapobiega.
Badaniom przewodniczyli profesor James Hickman i profesor badawczy Xufeng „Nadine” Guo, wspólnie z naukowcami z firmy Hesperos. Prace sfinansował Narodowy Instytut ds. Starzenia się, działający w ramach amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia; wyniki opublikowano w czasopiśmie „Alzheimer’s & Dementia” wydawanym przez Stowarzyszenie Alzheimera. Kolejne pytanie brzmi, czy obserwowane zaburzenie w modelu komórkowym zostanie potwierdzone u ludzi i czy okaże się na tyle wczesnym i trwałym wskaźnikiem, by można je było wykorzystać klinicznie.
Źródło: ScienceDaily
