Gliasoluilla on monia tuki- ja ylläpitotehtäviä, ja erityisesti eräällä tyypillä – astrosyyttisillä gliasoluilla – on ainutlaatuinen kyky muodostaa arpikudosta vaurioituneiden hermosolujen ympärille. Arpikudoksen läsnäolo liittyy selkäydinvaurion vaurioittamien kypsien neuronien uusiutumista estäviin vaikutuksiin. Viimeaikaiset todisteet viittaavat kuitenkin siihen, että nämä estävät vaikutukset ovat palautuvia, ja uudessa työssään Templen yliopiston Lewis Katz School of Medicine -yliopiston (LKSOM) ja Pennsylvanian yliopiston tutkijat osoittavat, että astrosyyttisillä gliasoluilla voi itse asiassa olla merkittävä rooli hermosolujen korjautumisen edistämisessä.
”Havaitsimme, että glioilla on glukoosiaineenvaihduntaan liittyvä aineenvaihduntakytkin, joka laukaistuna kumoaa kasvua estävät vaikutukset ja edistää aksonien uudistumista”, selitti lääketieteen tohtori Shuxin Li, MD, PhD, anatomian ja solubiologian professori LKSOM:n Shriners-sairaalan pediatrisen tutkimuskeskuksen Shriners Hospital’s Pediatric Research Center -yksikössä ja uuden tutkimuksen vanhempi tutkija.
Tutkimus, joka julkaistiin 16. syyskuuta Cell Metabolism -lehdessä, on ensimmäinen, joka osoittaa yhteyden gliasolujen glukoosiaineenvaihdunnan ja vaurioituneiden hermosolujen toiminnallisen uudistumisen välillä keskushermostossa.
Yhteistyössä vanhempi tutkija Yuanquan Songin, PhD, Pennsylvanian yliopiston Perelman School of Medicine -yliopiston patologian ja laboratoriolääketieteen apulaisprofessorin kanssa tohtori Li ja kollegat lähtivät tutkimaan, miten gliasolujen aiheuttama arpikudoksen muodostuminen vaikuttaa aksonien regeneroitumiseen käyttäen sekä kärpäsen että hiiren malleja aksonivammoista. Ensimmäisissä kokeissa he vahvistivat sen, mitä aiemmat tutkimukset olivat osoittaneet, eli sen, että gliasolujen toiminnan kielteiset vaikutukset aksonin regeneraatioon ovat todellakin palautuvia. Tutkijat havaitsivat kuitenkin myös, että aksonin uusiutumiseen kohdistuvien positiivisten ja negatiivisten vaikutusten vaihtuminen on suoraan yhteydessä gliasolujen aineenvaihdunnalliseen tilaan.
Kärpäsillä tehdyissä jatkokokeissa tutkijat keskittyivät erityisesti glykolyysiin – glukoosin hajoamisesta vastaavaan aineenvaihduntareittiin – ja havaitsivat, että pelkkä tämän reitin säätely gliasoluissa riitti edistämään aksonin uusiutumista. Sama tulos havaittiin hiirillä. Lisätutkimukset kärpäs- ja hiirimalleissa johtivat kahden glukoosin aineenvaihduntatuotteen, laktaatin ja hydroksiglutaraatin, tunnistamiseen, jotka toimivat keskeisinä välittäjinä glian siirtymisessä estävästä reaktiosta stimuloivaan reaktioon.
”Kärpäsmallissa havaitsimme aksonien regeneraatiota ja dramaattisia parannuksia toiminnallisessa toipumisessa, kun annoimme laktaattia vaurioituneeseen hermosolukudokseen”, tohtori Li sanoi. ”Havaitsimme myös, että loukkaantuneilla hiirillä laktaattihoito paransi merkittävästi liikuntakykyä ja palautti jonkin verran kävelykykyä suhteessa käsittelemättömiin eläimiin.”
Tohtori Li ja kollegat tutkivat erityistä reittiä, jolla laktaatti ja hydroksiglutaraatti tehostavat aksonien uudistumista. Kokeet osoittivat, että kun gliasolut aktivoituvat, ne vapauttavat glukoosin aineenvaihduntatuotteita, jotka sen jälkeen kiinnittyvät molekyyleihin, joita kutsutaan GABAB-reseptoreiksi neuronin pinnalla, ja aktivoivat siten neuroneissa aksonin kasvua stimuloivia reittejä.
”Tuloksemme osoittavat, että laktaatin aiheuttamalla GABAB-reseptorien aktivoitumisella voi olla kriittinen rooli neuronien toipumisessa selkäydinvaurion jälkeen”, tohtori Li sanoi. ”Lisäksi tätä prosessia ohjaa metabolinen siirtyminen aerobiseen glykolyysiin, joka johtaa erityisesti laktaatin ja muiden glukoosiaineenvaihduntatuotteiden tuotantoon.”
Tutkijat aikovat seuraavaksi testata laktaatin ja siihen liittyvien molekyylien regeneratiivisia kykyjä suuremmilla eläimillä ja määrittää, mitkä molekyylit ovat tehokkaimpia edistämään regeneroitumista. ”Työmme seuraavat vaiheet voivat luoda pohjan tuleville translaatiotutkimuksille ihmispotilailla, joilla on selkäydinvamma”, tohtori Li lisäsi.
Työhön ovat osallistuneet myös Feng Li ja Jingyun Qiu, Raymond G. Perelman Center for Cellular and Molecular Therapeutics, The Children’s Hospital of Philadelphia; Armin Sami, Harun N. Noristani, Kieran Slattery, Thomas Groves ja Shuo Wang, Shriners Hospitals Pediatric Research Center (Center for Neurorehabilitation and Neural Repair) ja anatomian ja solubiologian laitos, LKSOM; Kelly Veerasammy, Yuki X. Chen, Jorge Morales ja Ye He, The City College of New York; sekä Paula Haynes ja Amita Sehgal, HHMI, Chronobiology and Sleep institute, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania.