A kokainfogyasztás sejtszintű hatást gyakorol szinte az egész agyra az ecetmuslicákban

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Azonosították az ecetmuslicákban (Drosophila melanogaster) azokat a sejtcsoportokat, amik a kokainra adott válaszreakciókért felelnek. A dél-karolinai Clemson Egyetem Humángenetikai Központjának (CHG) kutatói tanulmányban számoltak be a felfedezésről, amely új függőségkezelési terápiák kialakítása előtt nyithatja meg az utat.

Noha a kokain idegrendszerre gyakorolt hatásait a tudomány eddig is jól ismerte, a szerrel szemben kialakított környezeti és genetikai érzékenység egyénenként változik, ami megnehezíti a hatásmechanizmus szakszerű feltérképezését.

Gondolkozz az okain is tán

Trudy Mackay és Robert Anholt, a Clemson Egyetem genetikusai, a tanulmány szerzői megállapították, hogy a kokainnak kitett rovarok agyában a szer azonnali és széleskörű elváltozásokat okozott. A változás a hím példányokra jellemzőbb volt, mint a nőstényekre. A rovarok agyában fokozódott a mozgásszervi aktivitás és növekedett a rohamokra való hajlandóság.

Trudy Mackay, a Clemson Egyetem Humángenetikai Központjának igazgatója.Fotó: Clemson University

A tanulmány szerint a kokain a muslicák gombatest nevű agyi régiójának összes idegsejtjére, valamint néhány támasztósejtjére (glia) is hatást gyakorolt. (A gombatestet azért hívják így, mert leginkább egy pár gombára hasonlít; a rovaroknál ezekben az integratív agyközpontokban alakulnak ki a viselkedés tapasztalatfüggő változásai.)

Mackay és Anholt úgy látják, hogy a kutatási eredményeket idővel új függőségkezelési terápiák kidolgozásához is felhasználhatják.

„A kutatásunk azonosította a fontos agyi régiókat. Most már tudjuk, hogyan reagálnak az idegek, ha kokain hatásának tesszük ki őket; meglátjuk, van-e olyan, az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóság (FDA) által jóváhagyott készítmény, amivel tesztelhetjük – először valószínűleg a muslicákon. Már most felfedeztünk néhányat a gének közül; ezt tekinthetjük kiindulópontnak. Erre építve felhasználhatjuk az eredményeket az új terápiás lehetőségek kidolgozása során”

–  mondta Trudy Mackay, a Humángenetikai Központ igazgatója.

Miért éppen muslicák?

Az ecetmuslicák különösen alkalmasak a kokain szervezetre gyakorolt hatásainak felméréséhez, mivel a génjeik 70 százalékban megegyeznek az emberekéivel, így komplex genetikai tulajdonságok vizsgálata során jó összehasonlító modellnek bizonyulnak.

Juhász Gábor, az ELTE TTK Anatómiai Sejt- és Fejlődésbiológiai Tanszékének főmunkatársa egy 2014-es előadásában elmondta, hogy a muslica agya több százezer bonyolult hálózatokba rendeződő idegsejtből áll: ezek irányítják az olyan viselkedésformákat, mint a tanulás, az emlékezés vagy az alvás. Az ecetmuslicák genomjában az emberi betegségekkel összefüggésbe hozható gének nagyjából háromnegyedének a homológja megtalálható, így a vizsgálatuk révén megérthetjük egyes betegségek hatásmechanizmusát, amik új készítmények fejlesztésének ágyazhatnak meg.

Ecetmuslica (Drosophila melanogaster).Fotó: JEAN LECOMTE/Biosphoto via AFP

A muslicákat a 2000-es évek óta használják modellorganizmsuként a visszaélésszerű droghasználat anatómiai, neurokémiai és genetikai jellegzetességeinek tanulmányozásához. Egy 2009-es tanulmány (Drosophila, a genetic model system to study cocaine-related behaviors: A review with focus on LIM-only proteins) szerint a muslicákon a kokainfogyasztás jellegzetességeinek összes fontos tulajdonsága megfigyelhető:

  • A kokainfogyasztás a muslicák motoros funkcióinak működését az emlősökéhez nagyon hasonló módon befolyásolja.
  • Az ismételt kokainadagolás hatására a muslicák érzékenysége megváltozott. A szakértők szerint az ilyen szintű viselkedésplaszticitás alapozza meg a függőség bizonyos aspektusait.
  • A dopaminerg rendszerek kulcsfontosságú szerepet játszanak a kokain hatásának továbbításában; ezt farmakológiai és genetikai kutatások is alátámasztották.
  • A muslicákkal végzett kísérletek során a szakértők számos génről és idegi útvonalról állapították meg, hogy szerepet játszhatnak a kokainfogyasztás hatására kialakuló viselkedésben, holott korábban nem sejtették, hogy ezeknek a géneknek is közük lehet hozzá. A gének és kapcsolódási pontok drogfüggőségben betöltött szerepét más, emlősökön végzett kutatások során is kimutatták.

Nem szabad megfeledkezni a genetikai tényezők szerepéről sem. Egy 2019-es kutatás (Genetics of cocaine and methamphetamine consumption and preference in Drosophila melanogaster) összegzése szerint a muslicák kiváló transzlációs modellek a visszaélésszerű droghasználat kutatásában, mivel az ő dopamintranszporterük is megkötheti az olyan stimulánsokat, mint a kokain és a metamfetamin. Ez arra utal, hogy a hasonló vegyületeknek való kitettség, illetve az erre adott hasonló válaszreakció régóta rögzült evolúciós mechanizmusokra, vagyis genetikai okokra vezethető vissza.

Az utolsó vacsora: cukor és kokain

A kísérletek során Mackay és Anholt olyan környezetbe helyezték a hím és nőstény muslicákat, ahol két órán keresztül azonos mennyiségű szacharózhoz, illetve kokainnal kevert szacharózhoz juthattak hozzá.

A közönséges ecetmuslica nemcsak függőségek modellezésére alkalmas: a kis testű légy a legfontosabb modellszervezet a genetikában és az evolúcióbiológiában.Fotó: Wikimedia Commons

A kutatók megfigyelték, hogy a kokainfogyasztás fiziológiai és viselkedésbeli elváltozásokat eredményezett: sokkal gyakoribbakká váltak náluk a rohamos rángások, illetve a kényszeres tisztálkodás.

Hogy feltérképezzék, milyen hatást gyakorol a kokainfogyasztás az agyi génexpressziókra, a tanulmányban külön sejtekre bontották a felboncolt muslicák agyát, majd a  legújabb génszekvenálási technológiákkal elkészítették az egyes sejtekhez tartozó génkönyvtárakat.

Mackay és Anholt összesen 88991 sejtet vizsgált át. Mindegyikben több ezer transzkripciós faktort találtak; ezek a DNS-hez kötődő fehérjék segítik vagy gátolják az egyes gének fejlődését. A kutatók kifinomult statisztikai analitikai módszerekkel 36 különböző csoportra osztották a sejteket. Az egyes sejtcsoportok génmarkerei alapján megállapították, hogy ezekben az összes fő sejttípus képviseltette magát,  akár idegsejt, akár támasztósejt, akár a legtöbb agyi régióban megtalálható neurotranszmitter volt az.

A kokain sejtszinten hat szinte az egész agyra

„Megállapítottuk, hogy a kokain hatása az agy jelentős részére kiterjed, de a hímek és a nőstények között egyértelmű különbségek figyelhetők meg. Egy modellagyban felépítettük a kokain hatására kialakuló szexuálisan dimorf génexpressziók térképét, amit a kutatói közösség forrásként használhat fel.”

– mondta Anholt, a Provost genetikaprofesszora.

A kutatók által használt egysejtes technológia hihetetlenül erőteljes eszköz, és számos előnye van a hagyományos génexpressziós eljárásokkal szemben. Mint Mackay elmondta:

„Ha az egész agyat felhasználjuk, és a génexpresszióban heterogenitás van – például egy sejtben feljebb, egy másikban lejjebb van –, nem kapunk semmilyen jelet. De ha egysejtes analízist használunk, rögzíthetjük azokat az igen-igen finom részleteket, amik az egyes sejttípusok között is kifejezik a génexpresszió heterogenitását. Örülök, hogy ezt a fejlett technológiát használhatjuk a CHG-ben is.”

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: