Η νευρογένεση στον ιππόκαμπο του ενήλικα

Η αναδρομική χρονολόγηση ραδιενεργού άνθρακα στον ανθρώπινο εγκέφαλο επιβεβαιώνει την παρουσία νέων νευρώνων και προτείνει ότι η διαδικασία της νευρογένεσης ενδέχεται να συμβάλει στην μάθηση και την μνήμη.

Για σχεδόν δύο αιώνες η επιστημονική κοινότητα θεωρούσε πως η δημιουργία νέων νευρικών κυττάρων σταματάει μετά τη γέννηση στον άνθρωπο. Ήταν αδιαμφισβήτητος κανόνας ότι η δομή του νευρικού συστήματος είναι σταθερή και ότι οι κύριες μονάδες που το αποτελούν - oι νευρώνες - είναι διηνεκείς: γεννιούνται, μεγαλώνουν, αλληλοσυνδέονται και πεθαίνουν. Τα τελευταία 50 χρόνια, προέκυψαν σημαντικές ενδείξεις που προκάλεσαν και έθεσαν σε αμφισβήτηση αυτό το δόγμα. 

Σε μια σειρά πειραμάτων που ξεκίνησαν το 1962 από τον Joseph Altman διαπιστώθηκε για πρώτη φορά η ύπαρξη νέων νευρώνων στον ιππόκαμπο, στον οσφρητικό φλοιό και τον νεοφλοιό ενήλικων ζώων (ποντίκια και γάτες). Πολλοί επιστήμονες τότε αμφισβήτησαν αυτά τα ευρήματα με κύριο επιχείρημα πως τα νεοσχηματισμένα κύτταρα δεν ήταν νευρώνες αλλά γλοία. Η διαφωνία έλαβε τέλος κατά την δεκαετία του 90, όταν αναπτύχθηκαν νέοι μέθοδοι διερεύνησης του φαινομένου αυτού. Έτσι εκτός των τρωκτικών, νευρογένεση διαπιστώθηκε επίσης σε πιθήκους και ανθρώπους. 

Σήμερα γνωρίζουμε ότι τα νέα κύτταρα προέρχονται από νευρικά βλαστοκύτταρα που βρίσκονται σε συγκεκριμένες περιοχές στον εγκέφαλο. Μια τέτοια περιοχή είναι η οδοντωτή έλικα του ιπποκάμπειου σχηματισμού (SGZ: subgranular zone) και η υποκοιλιακή ζώνη (SVZ: subventricular zone). Η ακριβής λειτουργία των νεογέννητων νευρώνων σε αυτές τις περιοχές αποτελεί θέμα προς διερεύνηση και συζήτηση.

Υπέργειες πυρηνικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου (1955-1963) οδήγησαν σε αυξημένα ατμοσφαιρικά επίπεδα του ραδιενεργού άνθρακα-14 (¹⁴C). Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Cell, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μετρήσεις από τη συγκέντρωση του ¹⁴C στο DNA των εγκεφαλικών κυττάρων για να καθορίσουν την ηλικία των νευρώνων σε μεταθανάτια δείγματα εγκεφαλικού ιστού.

«Παρέχουμε πλήρη στοιχεία που δείχνουν ότι υπάρχει εκπληκτικά μεγάλο ποσό νευρογένεσης στον ενήλικα», δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Prof. Jonas Frisén του Karolinksa Institute στη Στοκχόλμη.

«Είναι ένα πολύ εντυπωσιακό επίτευγμα», δήλωσε ο Gerd Kempermann του German Center for Neurodegenerative Diseases στη Δρέσδη, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Είναι μια ευπρόσδεκτη ανακάλυψη στο χώρο καθότι προσφέρει μια πολυπόθητη επιβεβαίωση, αλλά πολύ περισσότερο επειδή δίνει ένα μοντέλο της δυναμικής» της νευρογένεσης και προτείνει ένα ρόλο στην ανθρώπινη νόηση.

Τα άτομα της πιο συνηθισμένης μορφής του άνθρακα περιέχουν 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια (δες δομή του ατόμου), και από αυτό προκύπτει η ονομασία άνθρακας 12 (¹²C). Ο ¹⁴C είναι ένα βαρύτερο, ραδιενεργό ισότοπο, που περιέχει 6 πρωτόνια και 8 νετρόνια στον ατομικό του πυρήνα. Ο ¹⁴C σχηματίζεται στην ατμόσφαιρα, όταν το στοιχείο έρχεται σε επαφή με την κοσμική ακτινοβολία του διαστήματος. Τα φυτά προσλαμβάνουν από την ατμόσφαιρα και τις δύο μορφές άνθρακα, και έτσι ο ¹⁴C εισέρχεται στην τροφική αλυσίδα. Όταν ένας οργανισμός πεθαίνει, ο ¹⁴C παύει να αναπληρώνεται με τη λήψη τροφής. Έτσι, αντί να βρίσκεται σε σταθερή αναλογία μέσα στον οργανισμό, αρχίζει να ελατώνεται μέσω της ραδιενεργής διάσπασης. Αυτή είναι η γνώση που αξιοποιούμε, για να χρονολογήσουμε οστά, ξύλο και άλλες οργανικές ενώσεις όπως τα νουκλεϊκά οξέα.

Ο ¹⁴C εισέρχεται στο DNA των πολλαπλασιαζόμενων κυττάρων, όπου ενσωματώνεται στα χρωμοσώματα κατά τη διαδιακασία της κυτταρικής διαίρεσης. Η αναλογία του ¹⁴C σχέση με τον σταθερό, και πολύ πιο άφθονο ¹²C  του οποίου τα επίπεδα παραμένουν σταθερά στο χρόνο, παρέχει μια χρονική σφραγίδα σε κάθε νεογέννητο κύτταρο του εγκεφάλου. «Έχουμε μετρήσει την ηλικία των νευρώνων χρησιμοποιώντας αυτή τη σφραγίδα», δήλωσε ο Frisén.

Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ιστό από 55 διαφορετικά άτομα ηλικίας 19 έως 92 χρονών. Με βάση την αναλογία ¹⁴C/¹²C, η ομάδα δημιούργησε ένα μαθηματικό μοντέλο για να εκτιμήσει την ταχύτητα δημιουργίας νέων κυττάρων. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, υπολογίζεται ότι περίπου το ένα τρίτο των νευρώνων στον ιππόκαμπο ανανεώνεται τακτικά με την προσθήκη 1.400 νέων κυττάρων ανά ημέρα και ότι αυτή η τιμή μειώνεται ελαφρώς με την αύξηση της ηλικίας. Το μοντέλο δείχνει επίσης ότι ο νεογέννητος πληθυσμός ζει λιγότερο από άλλους αλλά ανανεώνεται πιο συχνά.

Στα ποντίκια, έχει παρατηρηθεί ότι τα νέα αυτά κύτταρα έχουν ενισχυμένη συναπτική πλαστικότητα και έτσι μπορούν να προσαρμοστούν πιο εύκολα σε νέα ερεθίσματα και να δημιουργήσουν νέες συνάψεις με άλλους νευρώνες. «Σε εμάς τους ανθρώπους, αυτή η λειτουργία μπορεί να βοηθάει στο να διαχωρίζουμε τους Beatles από τους Rolling Stones αντί να τους τοποθετούμε μαζί σαν rock and roll μουσική», λέει ο Frisén. 

Ο Frisén προτείνει επίσης ότι εάν οι νέοι νευρώνες είναι το ίδιο πλαστικοί στους ανθρώπους όσο και στα τρωκτικά, το φαινόμενο της νευρογένεσης θα μπορούσε να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του εγκεφάλου, διατηρώντας μια σταθερή προμήθεια κυττάρων – ακόμα και όταν υπάρχει απώλεια σε άλλους υποπληθυσμούς καθώς γερνάμε. «Αυτό που θέλουμε να κάνουμε στη συνέχεια είναι να εξετάσουμε το ιατρικό ιστορικό αυτών και άλλων ανθρώπων για να δούμε εάν η μειωμένη νευρογένεση σχετίζεται με ψυχιατρικές ασθένειες όπως η κατάθλιψη, η σχιζοφρένεια και η επιληψία».

Αρθρογραφεί ο Τζορτζ [Planitikos Team]

Πηγή: Spalding KL, Bergmann O, Alkass K, Bernard S, Salehpour M, Huttner HB, Boström E, Westerlund I, Vial C, Buchholz BA, Possnert G, Mash DC, Druid H, Frisén J. Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell 153: 1219-27, 2013. (Pubmed ID: 23746839)