A kannabisz hatása a szinapszisokra

A kannabiszkutatás egyik legtöbbet idézett cikke 1995-ben jelent meg. A Freund Tamás és Vizi E. Szilveszter által vezetett kutatócsoportok két fiatal kutatója, Katona István és Sperlágh Beáta kísérletei bizonyították, hogy „a marihuána/kannabisz hatóanyagának receptora az idegvégződéseken található, és gátolja az ingerületátvivő anyagok felszabadulását. Eredményeik alapján már 1999-ben megjósolták, hogy a kannabinoid receptorok élettani szerepe a szinapszisok visszacsatolási folyamatainak szabályozása.” Mivel már ez az egyszerűnek szánt mondat is tartalmazhat olyan kijelentést, mely nem biztos, hogy a témában járatlanok számára érthető, a legjobb, ha egy szakértőhöz fordulunk. Barti Benjámin, Katona István kutatócsoportjának tagja, a Science Advances, igen neves tudományos folyóiratban most megjelent cikk első szerzője minden bizonnyal szakértőnek nevezhető.

- A legjobb lenne talán az elején kezdeni!

- Kezdjük akkor idegrendszerünknek azzal a sajátosságával, hogy a benne lévő idegsejtek szinapszisokon keresztül tudnak kommunikálni egymással. A folyamat során a jelküldő sejt ingerületátvivő anyagot szabadít fel, amit a fogadó sejt erre specializált receptorokkal érzékel. Ennek következtében elektromos töltéseket hordozó ionok lépnek be a fogadó sejtbe, ami mérhető elektromos potenciálváltozásokkal jár. A szinapszis erősségét a két sejt közötti kapcsolat megbízhatósága, a közöttük felszabaduló ingerületátvivő anyagok mennyisége, valamint az ennek következtében mérhető elektromos áram nagysága szabja meg.

- Ez cseppet se hangzik egyszerűnek!

- Nem is az! Az egyedi szinapszisok erőssége alapvetően befolyásol számos hálózatszintű folyamatot, például a tanulást, vagy az emléknyomok rögzítését, ezért nagyon precíz idő- és térbeli szabályozás alatt állnak. Az egyik legáltalánosabb szabályozórendszer, ami a szinapszisok finomhangolását végzi, az úgynevezett endokannabinoid jelpálya. Ez egy olyan rendszer, amely a jelfogadó idegsejt felől terjed a jelet küldő idegsejt felé – tehát a szinaptikus jelátvitellel ellentétesen, visszafelé terjedő szabályozást végez.

- Eljutottunk tehát a retrográd szinaptikus jelátvitel jelentésének megértéséhez, mi több, a kannabinoidokhoz, pontosabban, az endokannabinoidokhoz. . . 

- A kannabinoid receptorok a jelküldő idegsejten, vagyis preszinaptikusan helyezkednek el, a szervezet által termelt endokannabinoid molekulák pedig általában a fogadó idegsejt felől, azaz posztszinaptikusan szabadulnak fel rövid ideig. Ennek a jelpályának kulcsszerepe van abban, hogy a sejtek elkerüljék a túlserkentést, ami neurotoxicitáshoz, vagy akár epilepsziás rohamokhoz vezetne. 

- Zseniális megoldás! Mást is tudunk még az endokannabinoid jelátvitelről?

- Az endokannabinoid jelátvitel úgynevezett fázisos formájáról már sokat tudunk, a legtöbb kutatásnak ez áll a fókuszában. Azonban van egy másik, speciális forma is, az úgynevezett tónusos kannabinoid jelátvitel, amely folyamatosan szabályozza az adott szinapszisok működését. Bár számos neuropatológiás kórképben megfigyelhető ennek a jelpályának a sérülése, nagyon keveset tudunk arról, pontosan milyen elvek alapján működik. Így az egyik kérdésünk az volt, hogy a tónusos kannabinoid jelátvitel hogyan befolyásolja a szinapszisok erősségét, és milyen kannabinoid molekulák szabályozzák ezt a folyamatot. Ennek a rendszernek a tanulmányozása többek között azért is fontos, mert a kannabisz, más néven marihuána, szintén az endokannabinoid rendszeren keresztül fejti ki hatását.

- Mi volt munkátok kiindulópontja?

- Kutatócsoportunk két 2015-ben publikált tanulmányából az egyik az endokannabinoid jelátvitel különböző formáit, és azok szinapszisokra kifejtett fiziológiai hatásait vizsgálta, a 2015-ös Nature Neuroscience-ben publikált, sejttípus specifikusan alkalmazott szuper-rezolúciós mikroszkópiával mért eredmények pedig azt mutatták, hogy a marihuána pszichoaktív hatóanyaga, a THC, jelentősen csökkenti a kannabinoid (CB1) receptorok számát az idegvégződéseken. Kollégáim a THC-nek a receptorok eloszlására gyakorolt hatását is megvizsgálták. 

Rögtön felmerült a kérdés, hogy milyen élettani változást eredményez a szinapszisok közötti kommunikációban a kannabisz fogyasztás következtében jelentkező CB1 receptorszám csökkenése, valamint az is, vajon a CB1 receptorok és a szinaptikus jelátvivő anyagok felszabadulását szabályozó molekuláris komplexek aránya befolyásolja-e a szinapszisok erősségét? 

- Milyen eszközök segítettek a válaszadásban? 

- Először ki kellett dolgoznunk egy olyan módszert, ami lehetővé teszi, hogy az agyszöveten belül képesek legyünk megmérni egyetlen azonosított szinapszis fiziológiai tulajdonságait alapállapotban és farmakológiai kezelés után is, és lehetőséget ad arra is, hogy ugyanebben a szinapszisban megszámolhassuk, hogy hány CB1 receptor van. 

- Nem tűnik könnyű feladatnak, már csak a szinapszis mérete miatt sem, nem is beszélve a receptorokról ennél is jóval kisebb méretéről!

- Valóban nehéz feladat, hiszen egy idegvégződés nagyjából 1 mikrométer átmérőjű, egy szinapszis pedig ennek is ötöde, nagyjából 200 nanométer kiterjedésű, ami nem csak szinte felfoghatatlanul kicsi, de a klasszikus fénymikroszkópia feloldóképességének (rezolúció) határa! Tovább növelte a feladat nehézségét, hogy a kannabinoid receptor az egyik leggyakrabban előforduló G-fehérje kapcsolt receptor az agyban, mellyel zsúfolásig tele van a vizsgálandó idegvégződések felszíne. Klasszikus fénymikroszkópiai módszerekkel tehát a pontos mennyiségi elemzés lehetetlen. Vizsgálatainkhoz szuper-rezolúciós, egyedi molekula detekcióra alkalmas mikroszkópot használtunk, mellyel nanométeres tartományban figyelhetjük meg a receptorok számát és elhelyezkedését a szinapszis körül, amit aztán párosíthattunk az élettani adatokkal. 

- Újabb kísérleti kihívás, ha nem tévedek!

- Az első lépésben, az úgynevezett páros elektrofiziológiai elvezetések során, két igen vékony, nagyjából 2 mikrométer átmérőjű üvegkapillárissal kellett megszúrni egy pre- és egy posztszinaptikus sejtet élő agyszövetben, hogy specifikusan meg tudjuk mérni a köztük lévő szinapszisok erősségét, illetve azt, hogy a kannabinoid tónus ezt milyen mértékben szabályozza. A két sejtet jelölőanyagokkal töltöttük fel, hogy a közöttük lévő, vizsgált szinapszist a későbbi morfológiai rekonstrukció során majd azonosítani tudjuk az agyszövetből metszett, az átlagos emberi hajszál vastagsága tizedének megfelelő, 10 mikrométer vastagságú szeletekben.

Ha mindez megvolt, jöhetett a szuper-rezolúciós képalkotás, majd az adatelemzés. 

- Elmondva sem tűnik könnyen kivitelezhetőnek!

- A munka nem csak rendkívüli egyéni odafigyelést igényelt minden lépésben az adott kutatótól, de nagyon jól koordinált csapatmunkát is. A cikk minden szerzőjének és közreműködőjének hozzájárulása nélkülözhetetlen volt a tanulmány elkészítéséhez!

- Szívből gratulálok, őszinte elismerésem mindenkinek, aki a cikk eredményeihez hozzájárult! De mi volt az, amiért megérte a nem mindennapi erőfeszítés, mi volt a szerinted legfontosabb, legváratlanabb eredmény? 

- Elsőként azt említeném, amire már 2015-ös Journal of Neuroscience cikkünk indirekt kísérlete is utalt, a kannabinoidkutatás szakterületén mégis abszolút váratlannak minősül, hogy létezik a tónusos kannabinoid jelátvitelnek egy olyan formája, ami a két legfőbb endogén kannabinoid termelő enzim hiányában is működik. 

A másik jelentős előrelépés, hogy kísérletekkel mutattuk meg, a kannabinoid tónust a szinapszis körüli aktív CB1 receptorok mennyisége állítja be. Ehhez elengedhetetlen volt a szuper-rezolúciós mikroszkóp használata, amely képes azonosítani az idegvégződésen lévő egyedi receptorok helyzetét. 

Váratlan megfigyelés az is, hogy a THC kezelés hatására a kannabinoid tónus teljesen megszűnik a vizsgált szinapszisokban, míg a fázisos endokannabinoid jelátvitel többnyire továbbra is működőképes maradt.

Sosem felejtem el azt az érzést, amikor a THC kezeléses kísérletek után, lemért adataimat elemezve megláttam a különbséget a vizsgált csoportok között. Egyszerűen nem hittem a szememnek!

- Ezek valóban olyan eredmények, melyek további vizsgálatokat és talán az eddigi ismertek újragondolását is követelik. Te mit tartasz a legfontosabbnak?

- Tanulmányunk fő erőssége véleményem szerint az, hogy először szolgáltunk kísérletes bizonyítékokkal az egyik alapvető típusú retrográd szinaptikus jelátvitel molekuláris rendeződési alapelveire. Nem kizárt, hogy hasonló alapelvek határozzák meg a többi G-fehérje kapcsolt receptor működését is, melyek nanoskálájú szerveződési logikájáról még keveset tudunk. 

- Abban a reményben, hogy sikerült a kannabiszkutatás néhány alapfogalmát tisztázni, és néhány fontos kérdésének jelentőségét megértetni, kérlek, beszélj még a folyóirat valóban festői címlapjáról, ami a te munkád!

- Személyesen is nagy eredménynek és elismerésnek érzem, hogy rajzom, mellyel munkánkat illusztráltam, az újság borítójára került. Mindig fontos volt a számomra a tudomány és a művészetek kapcsolata, és sokszor készítek rajzokat, amikor munkám során esztétikus dolgokat látok. Az elektrofiziológiai mérések után a kísérletekben jelölőanyaggal feltöltött idegsejtek morfológiájának mikroszkóp alatt történő ellenőrzését ezért is szerettem mindig. Lenyűgöző, mikor láthatom azokat a sejteket, melyekből nemrég az elvezetéseket végeztem, hiszen mindegyik olyan, mint egy festmény. Nagyon örülök, hogy ami számomra olyan szép, azt sikerült úgy ábrázolnom, hogy egy ilyen nagy presztízsű újság szerkesztői a címlapra méltónak találták!

- Valószínű nincs olyan becsületes munka, amit ne lehetne hivatásnak érezni, de sikeres kutató nemigen lehet olyan, aki ezt a tevékenységet nem érzi hivatásának!

- Szeretném is hangsúlyozni, hogy számomra már maga az a tény is fontos eredmény, hogy részt vehettem egy ilyen jellegű kutatásban! Én Magyargencsen, egy alig 500 lélekszámú dunántúli községben nőttem fel, és bár sokszor éreztem, hogy nem volt könnyű felzárkózni azokhoz a kollégákhoz a szakterületen, akik már kiskoruktól fogva neves iskolákba jártak, mégsem cserélném el a gyermekkorom másikra. Nagyon szerencsés voltam, hogy végig szerető és támogató családban tölthettem ezt az időszakot, olyan környezetben, ahol kibontakoztathattam a természettudományok iránti érdeklődésemet. 

A most megjelent cikk 9 év munkája. Ez alatt az idő alatt is számos nehézséget kellett legyőzni, ami nem sikerült volna a körülöttem lévők támogatása nélkül. Őszintén hálás vagyok nekik, és remélem ők is büszkék az elért eredményekre, annál is inkább, mert az ő érdemük is. 

- A kiváló folyóiratban megjelent cikkel egy szakasz ugyan lezárult, de a kutatás egészen bizonyosan nem!

- Így van.  Még nem ismerjük azt a molekuláris útvonalat, amelyen keresztül a most leírt kannabinoid tónus hat, így a következő izgalmas feladat ennek feltárása lehet. A másik felfedezni való az az élettani jel, ami beállítja, hogy az adott szinapszisokban hány aktív CB1 receptor legyen! 

- Egyik sem tűnik egyszerűen megválaszolhatónak, és ki tudja hány év szorgos munkájára lesz szükséges a válaszokhoz. Van-e valami, ami ezekből a most megjelent eredményekből máris hasznosulhat, esetleg segíthet a kannabisz fogyasztóinak kezelésében?

- A kannabiszt és hatását bármilyen régóta is ismerjük, még mindig nem értünk számos olyan hatásmechanizmust, amit fogyasztása fejt ki neurobiológiai folyamatokra. Ráadásul az utóbbi évtizedekben körülbelül tízszeresére nőtt a kereskedelmi forgalomban kapható kannabisz THC tartalma a kétezres évek elejéhez képest. Ezért azt gondolom, hogy minden olyan alapkutatás, ami hozzájárul annak megértéséhez, milyen molekuláris folyamatokat képes befolyásolni ez a szer, klinikai jelentőségű lehet.

- A munkának van olyan hozadéka is, ami nem csak a kannabisz-kutatásban lehet fontos?

- Mint korábban említettem, kutatócsoportunk korábbi eredményei szerint a kannabisz jelentősen csökkenti a kannabinoid receptorok számát az idegvégződéseken. Jelen tanulmányunkban különböző állatmodellekben vizsgáltuk ennek élettani hatását. Meglepődve tapasztaltuk, hogy csak abban az esetben van változás az idegsejtek közötti kommunikációban, amikor a receptorok száma a szinapszisok körüli pár száz nanométeres területen csökken. Ez pedig tágabb értelemben azt jelentheti, hogy a farmakológiai anyagok hatásának megértéséhez a nanométeres tartományban kell az agyban történő változásokat követni!