Neurophysiology Department

Διερεύνηση της έκφρασης κοννεξινών στα γλοιοκύτταρα εγκεφαλικού ιστού σε πειραματικό μοντέλο ποντικιού με τη νόσο του Αλτσχάιμερ 

 

(Κέντρο Άνοιας και Γνωστικών Διαταραχών)

 

Η νόσος του Αλτσχάιμερ είναι μία από τις πιο καταστροφικές νευροεκφυλιστικές ασθένειες και η πιο κοινή μορφή άνοιας που χαρακτηρίζεται από γνωστική εξασθένηση. Τα ελλείμματα γνωστικής λειτουργίας, τα βραχυπρόθεσμα προβλήματα μνήμης, η απώλεια χωρικής μνήμης και η συναισθηματική αστάθεια είναι συμπτώματα που εμφανίζονται αρχικά σε ασθενείς. Η σταδιακή ανάπτυξη παθολογικών διεργασιών σε τμήματα του κεντρικού νευρικού συστήματος έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή των νευρικών κυττάρων και την ατροφία του εγκεφάλου. Σύμφωνα με στατιστικές μελέτες, περίπου 47 εκατομμύρια άνθρωποι νόσησαν με άνοια το 2015 σε παγκόσμια κλίμακα και υπολογίζεται ότι μέχρι το 2050, πάνω από 130 εκατομμύρια άνθρωποι θα εκφράσουν τη νόσο.

 

Η πρώιμη έναρξη της νόσου προκαλείται από μεταλλάξεις στα εξής γονίδια: πρόδρομη πρωτείνη του αμυλοειδούς (APP), πρεσενιλίνη 1 (PSEN1), και πρεσενιλίνη 2 (PSEN2). Παράλληλα, ο πολυμορφισμός Ε4 στο γονίδιο APOE αποτελεί επίσης παράγοντα κινδύνου για την εκδήλωση της νόσου με καθυστερημένη έναρξη. Αλλαγές στις βιοχημικές διαδικασίες επεξεργασίας της πρόδρομης πρωτείνης του αμυλοειδούς (APP) προκαλούν την παραγωγή των αμυλοειδών-β (Αβ) πεπτιδίων και με τη πάροδο του χρόνου τις εξωκυτταρικές Αβ πλάκες στον εγκέφαλο. Παράλληλα, η νόσος χαρακτηρίζεται και από νευροϊνιδιακές συσσωρεύσεις που αποτελούνται από υπερφωσφορυλιωμένη πρωτείνη tau εντός των νευρώνων. Οι Αβ πλάκες και οι νευροϊνιδιακές συσσωρεύσεις προκαλούν την συνεχή ενεργοποίση των γλοιοκυττάρων τα οποία συμβάλλουν στην καταστροφή των συνάψεων μεταξύ των νευρώνων και προάγουν το θάνατο των νευρικών κυττάρων.

 

Επιστημονικές μελέτες αποκαλύπτουν την συμβολή των γλοιοκυττάρων (μικρογλοίων, αστροκυττάρων και ολιγοδεντροκυττάρων) στη παθολογία του Αλτσχάιμερ. Τα πεπτίδια Αβ προκαλούν την ενεργοποίηση της μικρογλοίας και των αστροκυττάρων, τα οποία παρατηρούνται γύρω από τις Αβ πλάκες, και στη συνέχεια απελευθερώνουν κυτοκίνες και χημειοκίνες που είναι νευροτοξικές. Οι αριθμοί των ολιγοδεντροκυττάρων μειώνονται και η μυελίνη καταστρέφεται πολύ πιο έντονα στις περιοχές κοντά στις Αβ πλάκες στα πρώιμα στάδια της νόσου. Μόνιμες βλάβες στα πρόδρομα κύτταρα ολιγοδεντροκυττάρων (OPCs), τα οποία παράγουν ώριμα ολιγοδεντροκύτταρα, επηρεάζουν την παραγωγή ολιγοδεντροκυττάρων με αποτέλεσμα την καταστροφή της μυελίνης. Τα γλοιοκύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους με την ένωση δυο διαύλων χασμοσυνδέσμων, που αποτελούνται από τις πρωτεΐνες κοννεξίνες (Cxs). Όταν οι δίαυλοι (hemichannels, HCs) δεν ενώνονται, η επικοινωνία επιτυγχάνεται μεταξύ κυτταροπλάσματος και εξωκυττάριου χώρου. Τα αστροκύτταρα εκφράζουν τις Cx43 και Cx30 ενώ τα ολιγοδεντροκύτταρα εκφράζουν τις Cx47 και Cx32. Είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι η σύζευξη των αστροκυττάρων με τα ολιγοδεντροκύτταρα είναι ζωτικής σημασίας για τη μυελίνωση των νευρικών κυττάρων. Μεταλλάξεις στα γονίδια των κοννεξινών εμπλέκονται σε διάφορες κληρονομικές ασθένειες με κοινό φαινότυπο την απομυελίνωση. Παράλληλα οι κοννεξίνες εμπλέκονται σε διάφορες εκφυλιστικές νόσους όπως για παράδειγμα στη Σκλήρυνση κατά Πλάκας. Όσον αφορά την νόσο του Αλτσχάιμερ, μελέτες σε ανθρώπινες εγκεφαλικές βιοψίες καθώς και σε ένα μοντέλο ποντικιού που εκφράζει τη νόσο, παρατηρήθηκε αυξημένη έκφραση της Cx43 και Cx30 γύρω από τις Αβ πλάκες. Στο ίδιο μοντέλο παρατηρήθηκε η συμβολή των HCs της Cx43 στη δυσλειτουργία των νευρώνων. Η Cx47 και Cx32 δεν έχουν μελετηθεί μέχρι στιγμής σε συνάρτηση με την παθολογία του Αλτσχάιμερ.

 

Στα πλαίσια της διδακτορικής μου διατριβής στο τμήμα Νευροβιολογίας μελετήθηκε η έκφραση των κοννεξινών στα αστροκύτταρα (Cx43 και Cx30) και στα ολιγοδεντροκύτταρα (Cx47 και Cx32) σε συνάρτηση με τις Αβ πλάκες στον εγκέφαλο των 5XFAD διαγονιδιακών ποντικιών που εκφράζουν τη νόσο του Αλτσχάιμερ, καθώς και η διευκρίνηση του ρόλου τους στην εξέλιξη της νόσου. 

 

Τα  5XFAD ποντίκια εμφάνισαν προοδευτική συσσώρευση των Αβ πλακών στο φλοιό, ιππόκαμπο και θάλαμο, μείωση των ώριμων νευρώνων στο στρώμα 5 του φλοιού και στο θάλαμο, διαταραχές στη μνήμη και αύξηση των δεικτών φλεγμονής GFAP και Iba1 που εκφράζονται από τα αστροκύτταρα και τη μικρογλοία αντιστοίχως. Η έρευνα μας έδειξε αυξημένη έκφραση της Cx43 και Cx30 στα 5XFAD ποντίκια γύρω από την περίμετρο των Αβ πλακών. Παράλληλα, τα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης της Cx43 ήταν μειωμένα σε σχέση με τα wild-type (χωρίς μεταλλάξεις) ποντίκια,  ενώ η συνολική πρωτεϊνική έκφραση της Cx43 ήταν αυξημένη στο φλοιό και στο θάλαμο των 5XFAD ποντικιών. Το αποτέλεσμα αυτό υποδηλώνει πολύπλοκους ρυθμιστικούς μηχανισμούς που επηρεάζουν τη μεταγραφή και τη μετάφραση της Cx43. Τα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης και η συνολική πρωτεϊνική έκφραση της Cx30 δεν έδειξαν καμία σημαντική διαφορά στα 5XFAD και wild-type ποντίκια, υποδηλώνοντας ότι η Cx43 σχετίζεται περισσότερο με την εξέλιξη της νόσου σε σύγκριση με την Cx30. Ακολούθως, μελετήθηκε η έκφραση της Cx47, η οποία σχηματίζει διακυτταρικούς διαύλους με την Cx43, διασφαλίζοντας την επικοινωνία μεταξύ ολιγοδεντροκυττάρων και αστροκυττάρων. Παρατηρήθηκε μείωση της Cx47 καθώς και μειωμένη συνεντόπιση της Cx47 και της Cx43, υποδηλώνοντας απώλεια των διαύλων χασμοσυνδέσμων μεταξύ των ολιγοδεντροκυττάρων και αστροκυττάρων στα 5XFAD ποντίκια (Εικόνα 1). Τέτοια ευρήματα έχουν παρατηρηθεί στη χρόνια Σκλήρυνση κατά Πλάκας, καθώς και στο πειραματικό μοντέλο ποντικιού της Σκλήρυνσης κατά Πλάκας (ΕΑΕ). Επίσης, παρατηρήθηκε διάχυτη έκφραση της Cx32 τόσο κοντά όσο και εκτός της περιμέτρου των Αβ πλακών στα 5XFAD σε σχέση με wild-type ποντίκια, στα οποία η έκφραση της Cx32 ήταν πιο συγκεντρωμένη. Η μείωση των OPCs και των ώριμων ολιγοδεντροκυττάρων στα 5XFAD ποντίκια υποδηλώνει την αρνητική επίδραση της απώλειας των διαύλων χασμοσυνδέσμων μεταξύ ολιγοδεντροκυττάρων και αστροκυττάρων, στην επιβίωση των ολιγοδεντροκυττάρων. Επιπλέον, παρατηρήθηκαν ελλείμματα μυελίνης γύρω από την περίμετρο των Αβ πλακών στα 5XFAD ποντίκια, τόσο στις άκρες του μεσολοβίου, όσο στο φλοιό και στο θάλαμο σε σχέση με τα wild-type ποντίκια, στα οποία η μυελίνη ήταν πιο συμπαγής.

 

Τα ευρήματα της έρευνας υποδηλώνουν την μείωση της σύζευξης μεταξύ ολιγοδεντροκυττάρων και αστροκυττάρων, που έχει ως αποτέλεσμα την μείωση των ολιγοδεντροκυττάρων, προκαλώντας την τοπική καταστροφή της μυελίνης γύρω από την περίμετρο των Αβ πλακών. Η διαταραχή της επικοινωνίας των γλοιοκυττάρων και η αστρογλοίωση που παρατηρείται στον εγκέφαλο, ευνοεί τη σύζευξη μεταξύ αστροκυττάρων και πιθανώς την ενεργοποίηση των ΗCs της Cx43, με επιβλαβείς επιδράσεις στην επιβίωση των νευρώνων. Η μελέτη αυτή παρουσιάζει στοιχεία ότι οι κοννεξίνες που εκφράζονται στα γλοιοκύτταρα συμβάλλουν στην εξέλιξη της νόσου του Αλτσχάιμερ, και δικαιολογούν την περαιτέρω μελέτη της συμβολής των κοννεξινών που εκφράζονται στα ολιγοδενδροκύτταρα, στην παθοφυσιολογία  και την εξέλιξη της νόσου.

 

 

 

 

Εικόνα 1. Απεικόνιση της απώλειας των διαύλων χασμοσυνδέσμων μεταξύ Cx47 και Cx43 στο φλοιό και στο θάλαμο των 5XFAD ποντικιών.  Η μείωση συνεντόπισης της Cx47 και της Cx43, υποδηλώνει απώλεια επικοινωνίας μεταξύ ολιγοδεντροκυττάρων και αστροκυττάρων στα 5XFAD ποντίκια.