Řada periodik přinesla zmínku o přelomovém objevu americko-čínského týmu, kterým se dá léčit mozková mrtvice. Rozhodně jde o významný poznatek, jen by v kolující zestručněnosti bylo dobré uvést na pravou míru některé přehmaty. Tak třeba již úvod šířené zprávy: „Americko- čínskému týmu...“ Ve skutečnosti ze všech autorů, kteří jsou pod publikací uvedeni, má k Američanům nejblíže Elga Esposito. I ona je ale na Harvard Medical School jen hostující Italkou. Zbylí členové týmu podepsaní pod publikací jsou Japonci a Číňané. Podobně na tom jsou i další věci a tak bude jednodušší, než předkládanou zprávu dovysvětlovat, věnovat se objevu jinak - v souvislostech.
Astrocyty
Většina buněk v našem mozku jsou buňky, kterým se říká gliové. Neurony v něm jsou v zahanbující menšině. To tedy znamená, že v tom, co nosíme na ramenou, toho má s myšlením a vedením vzruchů společného jen málo. Tak se to aspoň na školách studenti učí. Máme v představě, že mozek je především armáda buněk s podpůrnými funkcemi, které se starají o elitu – chrání neurony před otřesy, vyživují, uklízejí po nich nepořádky a jejich látkové zplodiny a v případě, že neuron zemře, v roli pohřební služby obstarají pohřeb fagocytózou. Buněční pomocníci se liší nejen svojí funkcí, ale i svým tvarem a tak jim anatomové dali různá jména: mikroglie, oligodendrocyty a astrocyty. O posledních zde jmenovaných, bude tento článek. Pro nás trochu astrologií zavánějící název mají podle svého hvězdicovitého tvaru.
Kdo je v mozku kápo?
Než se dostaneme k nejnovějším poznatkům, bude dobré si připomenout co už o astrocytech víme a na co nedávno poukázala profesorka na University of Montreal - Arlette Kolta. Ačkoli je profesně zubařkou, pletla se do řemesla neurologům. Asi většina z nás žije v představě o fungování mozku, které se říká „neuron-centrická“. Podle ní se neuronální elektrická aktivita a fungování mozku jako celku, odvíjí od vnitřních vlastností neuronů. Vše by mělo záviset od toho, co si neurony navzájem předávají, přičemž jejich úřední řečí je elektřina. Podstatu zprávy komponují do určitých vzorů elektrické aktivity a tímto způsobem zakódované informace si buňky předávají nejen v rámci mozku, ale i v nervech spojujících ústředí s periferii. Americká stomatoložka s přispěním svých kolegů, v této představě řadu věcí postavila na hlavu. A nebo na nohy?
Co vyplývá z pokusů v Kanadě?
Něco neslýchaného. Prý vzor elektrické aktivity posílané neuronem, řídí buňky gliové. Pochopitelně, že taková představa se řadě odborníků nezamlouvá. Nejspíš proto, že z našich „chytrých neuronů“, udělala jen poslíčky, jakési pouhé „telefonní dráty“. Nastolila tím provokativní otázku - co je vlastně v našem mozku důležitější. Neurony, nebo jsou to jim nadřazené buňky gliové? Otázka je legitimní, ale špatná. Jako bychom se ptali, zda je na bicyklu důležitější přední, nebo zadní kolo. V každém případě ale musíme změnit naše představy o fungování mozku. Stomatoložka to dokazuje na obyčejném měření elektrické aktivity v trojklaném nervu. Ten obhospodařuje obličej, včetně motorických funkcí a tedy i mrkání. Jako zubařku jí zajímalo, jak to je s pohyby, které nám „běží na pozadí“ - autonomně, aniž bychom o nich museli dlouze přemýšlet. Třeba takové mrkání nebo žvýkání. Zjistila, že se do toho motají astrocyty a jsou to ony, kdo reguluje extracelulární koncentraci vápníku v tomto senzoricky-motorickém obvodu. Prásknul to na ně „odposlech“ vzorů elektrické aktivity okolních neuronů. Ten prozradil, že neurony trojklaného nervu hrají dvojí hru. Ovládají totiž dva vzory elektrické aktivity. Tak trochu to připomíná kombinaci „tónové“ a „pulzní“ komunikace. Jako když zvedneme sluchátko a vyťukáváme čísla, slyšíme jak to pípá a informace letí směrem od nás. Konkrétnímu místu se tak dostane avízo, že se něco děje. Že s ním chce někdo mluvit. Po dokončení správné volby to u volaného „cvakne“ a dojde ke spojení. Z druhé strany pak můžeme slyšet třeba: „Doufám, že máš něco pozitivního, když mne budíš ve tři ráno!“ Takže z opačného směru přišla informace zcela jiného typu (varování hlasem). Podobné to je u neuronů. V tonizujícím režimu vnímají informace od smyslových orgánů a předávají si je tím, čemu neurologové říkají senzorická aferentní dráha. Přenáší se tak sdělení typu: „Smrdí, smrdí, to to smrdí“. V režimu „rytmickém“ ale nervové buňky generují příkazy ovládající motorické stahy potřebné k vykonávání opakovaných pohybů, třeba rozmělňování olomouckého tvarůžku. Příkaz charakteru bezmyšlenkovitého „žvýkačkového mlení pantem“.
O vedoucí úloze
Nejen fyziologové jsou tím vším poněkud zaskočeni. Jednak z toho, že režim neuronů rytmického dávkování je odvislý od koncentrace vápníku v jejich bezprostředním okolí, ale hlavně tím, že to vše mají pod palcem astrocyty. Jinak řečeno, astrocyty jsou tím, kdo s našimi neurony cvičí a kdo řídí jejich přechod z jednoho režimu do druhého. Svou vedoucí úlohu „buňky s hvězdou“, prosazují uvolňováním proteinu vázajícího vápník. To je ten nástroj, kterým ovládají prostředí okolo neuronů a přepínají jejich funkční stav. Dalo by se říci, že astrocyty nenechávají nikoho na pochybách, kdo je v mozku šéfem. A pokud astrocyty hrají tak důležitou roli a víme už také jakým mechanismem to dělají, jsme nejspíš na dobré cestě lepšího pochopení široké palety mozkových funkcí kortexu, hipokampu,... Takže nejde jen o opakované pohyby. Činnost astrocytů se týká i oblastí, které mají co mluvit do utváření naší paměti, respektive našeho IQ.
O čem vypovídají pokusy z amerických laboratoří?
V konečném efektu, že astrocyty jsou také ochránci paměti. A že toho dosahují velmi zvláštním způsobem - pomocí enzymu. I tady, jako v předchozím případě (v němž šlo o prosazování vůle astrocytů a přepínání funkčních stavů neuronů), hraje úlohu vápník. Tentokrát ale enzymatický mechanismus zprostředkovaný vápníkem, řídí uvolňování mitochondrií. Co se mezi astrocyty a neurony odehrává, ukázal mikroskop. Již dříve byly náznaky, že z buněk, které z nějakého důvodu strádají, se začnou uvolňovat do okolí mitochondrie. Mitochondrie byly původně samostatné organismy, které se nám kdysi dávno připletly do buněk jako parazité. S postupem času jsme si na sebe vzájemně zvykli a začali spolupracovat. Mělo k tomu dojít přibližně před 2 miliardami let s alfaproteobakteriemi, které se podobaly dnešnímu parazitickému bakteriálnímu rodu Rickettsia. Časem jsme natolik „srostli“, že to dnes považujeme za normální a mitochondriím říkáme organely. Mají na starosti energetickou bilanci buňky, a protože při jejich provozu vzniká hodně škodlivých radikálů, říká se jim také „buněčné elektrárny se špinavým provozem“.
Bez energie z mitochondrií, se neobejdou ani neurony. A myšlení je proces zvlášť energeticky náročný. K naší smůle se dost dobře nedá vypnout. Takže i když odpočíváme a spíme, je činnost mozku odkázána na mitochondrie, které zajišťují buněčné dýchání. Je to smůla, že neumíme neurony přibrzdit ani v situacích, kdy by jim to prospělo. Třeba v případech, kdy začne být kyslíku nedostatek. To pak v jejich elektrárnách se špinavým provozem se začnou dít ještě větší špinavosti a není divu, že se neurony pomatených reaktorů musí rychle zbavovat. Začnou je vystrkovat z buňky. I tam by ale mohly dělat neplechu. Naštěstí jsou v mozku po ruce astrocyty, které si je přivlastní. To, co se ještě nedávno považovalo za odstraňování nepořádku, se nyní ukazuje být velkým omylem. Astrocyty ve skutečnosti nerozebírají mitochondrie aby jich tělo zbavily, ale ty méně poškozené ze zbylých součástek spravují a recyklované je nabídnou neuronům novému použití. A tento poznatek je podstatou nynějšího objevu. Pokud bychom si neurony připodobnili k autům s řidičem, tak astrocytům v tomto přirovnání sluší připodobnění k opravářským machrům. Zatímco šoférovat může prakticky kde kdo, ještě nedávná představa astrocytů jako uklízeček, je realitě tak blízko, jako spatřit v motorárně odbarvenou blondýnu.
CD38
Správná funkce mitochondrií má na život buňky zásadní dopad. Jejich nedostatek a dostatek rozhoduje zda z nich budou mrzáci, nebo je jako turbodmychadlo postrčit k vysokému výkonu a umožní jim zvládnout i rozsáhlé poškození. Jak se nyní ukazuje, tak právě o tom rozhodnou astrocyty. Z pokusů na hlodavcích a na buňkách pěstovaných na Petriho miskách vyšlo najevo, že nabídku mitochondrií neuronům diriguje v astrocytech enzym s poetickým názvem CD38. Odborníci mu říkají ektoenzym zprostředkující transmembránovou signalizaci. Byl znám již dříve, ale zatím jen jako adhezní molekula a z té její špatné stránky. Jako marker leukemických buněk. Nyní jsme na této „značce prognózy zhoubných nemocí“ objevili i její lidskou tvář. Dnes v molekule CD38 musíme vidět i substanci, která rozhoduje o přežití poškozených nervových buněk. Prostřednictvím astrocytů jim zprostředkovává dostatek mitochondrií. To, co jsme si nyní řekli, už není jen teorie. Výzkumníkům se podařilo to dokázat i na živém zvířeti. Když svým myším dobrovolníkům poškodili mozky a pak injekcemi mitochondrií z astrocytů to zase napravovali, mikroskopická analýza potvrdila, že neurony skutečně mitochondrie absorbovaly a že injekčně ošetření jedinci (enzymem CD38), měly neurony zdravější, než ti, kterým se této léčby nedostalo.
Proč by to mělo být pro nás zajímavé?
Třeba proto, že traumatické poranění mozku je hlavní příčinou úmrtí u dětí. A ty přeživší mají často celoživotní hendikep kognitivního deficitu s neurologickými následky, jako jsou deprese, poruchy paměti,… Zatím totiž neexistuje žádná specifická léčba pro neurologické následky vážného traumatu mozku. Terapie je zaměřena jen na snížení intrakraniálního tlaku a udržení fyziologické homeostázy. Podobně i ne-traumatické mrtvice mají vysokou míru úmrtnosti a ani na ně nemáme specifickou léčbu na výrazné zlepšení výsledku u přeživších. Nynějším objevem nám svitla naděje, že by se enzymatickou podporou astrocytů takové stavy při nichž neurony přichází o mitochondrie, svůj energetický zdroj a schopnost přežít, daly cíleně léčit.
Je odhalení nové funkce astrocytů tak překvapivé, jak se tvrdí?
Není. Na Kolumbijské univerzitě už v roce 2012 zjistili, že kmenové buňky kostní dřeně jsou schopny poskytnutím svých mitochondrií vylepšit osud poškozených buněk plicního epitelu. Pravdou je, že nynější poznatek, že to platí i pro neurony, novým poznatkem je. Tento pokus nám vlastně také naznačil, že výpomoc mitochondriemi mezi buňkami různých typů, nejspíš není žádnou zvláštností.
Závěr
Optimisté tvrdí, že správným ovlivňováním astrocytů, ve smyslu kanadského objevu, by zdravému mozku mělo usnadnit učení. Tím, co odhalili Číňané v amerických laboratořích, by zase mělo jít zužitkovat při napravování mozků poškozených mrtvicí, přiotrávených plynem, otokem po úrazu, případně těm, jimž poštěstilo zůstat pod vodou poněkud déle. V obou případech, tedy jak při tom „kanadském“ umělém zvyšování IQ zdravých mozků, tak při „americkém“ hašení maléru hypoxie, jsou největšími „hvězdami“ hvězdicovité buňky – astrocyty.
Literatura
Kazuhide Hayakawa, Elga Esposito, Xiaohua Wang, Yasukazu Terasaki, Yi Liu, Changhong Xing, Xunming Ji and Eng H. Lo.: Nature 535, 551–555 (28 July 2016) doi:10.1038/nature18928