Kimerítő egéredzések során tárták fel, hogyan védheti meg az agyat és javíthatja a memóriát a testmozgás

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

A testmozgás az  állatok és az emberek szervezetében is jelentősen megnöveli a vérplazma gyulladáscsökkentő fehérjéinek szintjét, ami egerekben végzett kísérletek alapján az agyban védőhatást fejthet ki, javítva a tanulási képességet és memóriát. Ez derül ki egy új kutatásból, aminek emberi neurodegeneratív betegségek terápiája szempontjából is van jelentősége.

A ma délután a Nature-ben közölt eredmények feltárják, milyen biológiai folyamatnak köszönhetően lehet a testmozgás hasznos az agynak. Az eddig is ismert volt, hogy a testmozgás a rövid és hosszú távú, valamint a térbeli memória feldolgozásáért felelős agyterületre, a hippokampuszra gyakorolt gyulladáscsökkentő és szerkezeti, illetve funkcionális változási képességét (neuroplaszticitás) növelő hatása miatt képes a kognitív funkciók javítására, de a pontos molekuláris folyamatot eddig nem tárták fel teljes egészében.

Most Tony Wyss-Coray, a kaliforniai Stanford Egyetem neurobiológusának és kollégáinak egereken végzett kísérletei fontos, testmozgással összefüggő molekuláris változásokat mutattak ki. A kutatók olyan kísérleti egerekből gyűjtöttek vérplazmát, amelyek közel egy hónapig hozzáfértek egy futókerékhez, majd beadták a komolyabb edzést nem végző társaiknak, és kiderült, hogy az edzett egerekből származó vérplazma csökkentette az állatok agyában a gyulladási folyamatokkal összefüggő gének kifejeződését. A vérplazma fehérjéinek vizsgálata révén fény derült arra is, hogy a testmozgás a kluszterin fehérje és más, az úgynevezett komplement kaszkád rendszert gátló molekulák szintjének növekedésével függ össze. A komplement rendszer a veleszületett immunválasz apró fehérjékből álló rendszere, amely kórokozók elpusztításában és gyulladási folyamatok serkentésében játszik szerepet. A kutatók azt is kiderítették, hogy a kluszterin fehérje az agyi erek hámsejtjeihez kötődik, és csökkenti a gyulladásserkentő gének kifejeződését az emberi agy szöveteinek gyulladásos folyamatai (neuroinflammáció) és az Alzheimer-kór modellezésére használt egerekben.

Az állatkísérletek mellett a kutatók egy 20 fős, amerikai veteránokból álló csoportot is vizsgált, amelynek tagjai enyhe kognitív károsodással rendelkeztek. Az önkéntesek 6 hónapos edzésprogramon vettek részt, ami alatt a kutatók a vérplazmájukban megjelenő gyulladásgátló faktorok, így a kluszterin mennyiségének növekedését tapasztalták. Az eredmények azt mutatják, hogy a testmozgás olyan, vérplazmával átadható, gyulladáscsökkentő faktorok képződéséhez vezet egerekben és emberekben is, amelyek az agyi érhálózatot befolyásolva védőhatást fejthetnek ki. Mindez, ha független kutatások megerősítik, idővel elvezethet új, a neurodegeneratív betegségek kezelését szolgáló és kognitív funkciókat javító terápiákhoz.

A gyulladáscsökkentő molekulák a vérplazmán keresztül átadhatók

Wyss-Coray és munkatársai kutatásukat azzal kezdték a kísérletsorozatot, hogy 28 napig futókerékhez hozzáférő hím egerek, általuk „futási plazmának” nevezett vérplazmáját más, jelentősebb mozgást nem végző fiatal egereknek adták át. A futási plazmában részesülők mellett természetesen volt egy kontrollcsoport is, amelyek futókerékkel nem rendelkező egerektől kaptak kontrollplazmát.

A jelentős testmozgást végző egereknél azt tapasztalták, hogy 28 nap elteltével a szervezetükben jobban túléltek az idegrendszeri sejtek, köztük idegsejtek, és növekedett az idegrendszeri őssejtek száma is, leginkább a három hónapos korú egereknél. A kutatók szerint érdekes módon a futási plazmával ellátott állatok esetében az őssejtek száma és az idegsejtek túlélési ideje is növekedést mutatott a kontrollcsoporthoz képest. Azon egerek esetén, amelyek a futókerékhez csak 7-14 napig hozzáférő társaiktól kaptak plazmát, az idegsejtek száma vagy túlélési esélye nem nőtt. Emellett azt találták, hogy a futási plazmában részesülő állatok jobb kontextussal összefüggő és térbeli tanulási képességet, illetve jobb memóriát mutattak, mint a kontroll csoport.

Annak érdekében, hogy az egész molekuláris alapjait feltárják, RNS- szekvenálással (RNA-Seq) megnézték az állatok hippokampuszi agyterületén zajló, DNS-ről RNS-re történő átíródási, azaz transzkripciós folyamatokat. Ezzel meghatározható, hogy milyen gének fejeződnek ki inkább vagy kevésbé attól függően, hogy az egerek futási vagy kontrollplazmát kaptak. Kiderült, hogy 1952 gén kifejeződésében volt eltérés: kétharmaduk kifejeződése csökkent, egyharmaduké pedig nőtt. A kutatók szerint a legfontosabb 250 gén arra mutat, hogy a csökkenés leginkább a gyulladási válaszban résztvevő géneket érintette. A plazmainfúziók neurodegeneratív betegségekkel összefüggő, neuroinflammációra mért hatását is elemezték, és világossá vált, hogy a futási plazma képes csökkenteni a neuroinflammáció mértékét, ami a hippokampuszban kifejeződő gének változásában is mérhető volt. A kutatók szerint mindebből az következik, hogy a plazma önmagában képes reprodukálni a testmozgásnak a hippokampuszra mért pozitív hatását, javítani a tanulást és memóriát, valamint csökkenteni a gyulladási folyamatokkal összefüggő gének kifejeződését.

A következő lépés annak meghatározása volt, hogy a vérplazma pontosan mely összetevői felelősek a a fent leírt hatásért. Ezt a plazmában lévő fehérjék típusait feltáró proteomikai vizsgálat segítségével oldották meg, ami 235, a kísérletek során változást mutató fehérjét mutatott ki. Ezekből 23 szintje csökkenést, 26 szintje pedig növekedést produkált a plazmakezelés hatására. A molekuláris folyamatok vizsgálata arra vezette Wyss-Corayt és társait, hogy a változások jelentős része a komplementrendszert, véralvadási folyamatokat és az érhálózat hámsejtjeinek differenciálódását érintette. Érdekes még, hogy a a futási plazmát kapó állatok esetében a vérrögképződés mértéke is csökkenést a kontrollcsoporthoz képest. A vizsgálat más, gyulladáscsökkentő folyamatokban résztvevő fehérjék mellett azt találta, hogy a plazmában növekedett a kluszterin mennyiségéneke. Ez további kísérletek szerint az agyra mért pozitív hatások jelentős részéért felelhet, és egereknél képes a krónikus neuroinflammációra jellemző génkifejeződés visszafordítására is.

A kutatás, ha eredményeit további vizsgálatok igazolják, arra utal, hogy az edzés agyra gyakorolt hatásairért nagyrészt a kluszterin fehérje, valamint a komplementrendszerre ható és a véralvadási folyamatokat szabályozó rendszer felelős. Az ezekben résztvevő molekulák a kutatók szerint főként a májban termelődnek, és valószínűleg az agy érhálózatán fejtik ki hatásukat. Úgy tűnik továbbá, hogy az edzés vérplazmára gyakorolt hatása elegendő a sejtszintű idegrendszeri folyamatokra, a gyulladási folyamatokra és a memóriára gyakorolt következmények magyarázatához, legalábbis egerekben.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: