A PMH, az asztrocitasejtek, és egy új sejtosztódási mechanizmus

“A hormonokat be kellene tiltani!”- fakadt ki egyszer egyik neves idegtudós kollégánk Newark vagy New York? – egyetemén, csoportjának egyik szokásos, délutáni teázós beszélgetésén, mikor rákérdeztek, mi van tüneményes kislányaival. Akinek vannak gyerekei, azonnal tudja, mi történt. A kislányok és viselkedésük is megváltozott, és az ilyesmi bizony mindenki életét megnehezítheti egy időre.

Maradjunk annyiban, hogy a hormonok egy szereposztón – amit, ki tudja miért, ma már csak castingnak mondanak - a rosszfiúk csoportjába kerülnének. De ahogy egyes rosszfiúkról később kiderül, nem is olyan rosszak, a legjobb, ha már most elfogadjuk, a hormonok szerepe életbevágó.

Vegyük példának okáért a pajzsmirigyhormonokat (PMH). Középiskolai tanulmányainkból ismert, hogy a régen néhol népbetegségként is ismert golyvának (strúma) leggyakoribb oka a jódhiány, mely a pajzsmirigy normál működéséhez elengedhetetlen. Ez a mirigy termeli a tiroxin (T4) nevű előhormont, melyből egy jód lehasításával alakul a receptorokhoz kötődni képes és ezeken biológiai hatást kifejteni képes trijód-tironin (T3). A pajzsmirigy raktáraiban fehérjéhez kötődve tárolt PMH az agyalapi mirigyben termelődő pajzsmirigy-stimuláló hormon (TSH) hatására szabadulnak ki a véráramba, hogy aztán a szervezet valamennyi sejtjének aktivitását szabályozzák. Beleértve az idegsejtekét és gliasejtekét is.

Nyomós oka van tehát annak, hogy intézetünk Gereben Balázs által vezetett Molekuláris Sejt Metabolizmus kutatócsoportja a PMH jelátvitel szöveti és sejt szintű molekuláris szabályozási mechanizmusait vizsgálja. A pajzsmirigyhormon-háztartás idegrendszeri szabályozása különösen összetett, hiszen az agy a PMH szabályozója és célpontja is egyben. 

Mohácsik Petra posztdoktor, a neves Journal of Biological Chemisrty-ben megjelent cikk elsőszerzője vállalta, hogy segít megértetni a pajzsmirigyhormonok bonyolult világából annyit, ami szükséges most megjelent tanulmányuk legfőbb felfedezéseinek jelentőségét felismerni.

- Az idegrendszer két alapvető sejttípusa az idegsejteké és a náluk gyakoribb gliasejteké, melyeknek kulcsfontosságú altípusa az agy leggyakoribb sejtje, az asztrocitasejt. Miért épp ezeket vizsgáltátok, ha a PMH mindkét sejttípuson hat? 

- Bár tudjuk, a PMH fontos szabályozója az idegsejtek energiafelhasználásának, sejtosztódási és differenciálódási folyamatainak, ehhez azonban a tiroxin prohormonnak (T4) T3-má kell aktiválódnia. A folyamatot a kettes-típusú dejodáz (D2) szelenoenzim katalizálja, ami az agyban a hipotalamusz tanicita sejtjei mellett szinte kizárólag az agy minden területén jelen lévő asztrocitasejtekben van jelen. Nem véletlenül voltak mindig is érdeklődésünk középpontjában! Az asztrociták alapvetően metabolikus jeleket továbbítanak a neuronoknak, többek között hormonok segítségével, a neuronokhoz eljutó aktív hormon mennyiségét pedig képesek akár agyrégió-függő módon is szabályozni. A hormonok azonban nem csak az idegsejtek, de az asztrociták működését is befolyásolják, a hormonszintek változása bennük is választ vált ki. Joggal mondhatjuk, hogy e sejtek az agyi pajzsmirigyhormonnak forrása és célsejtjei is. 

- Sikerült meggyőznöd nemcsak arról, hogy a vizsgálatokat az asztrocitákon volt értelme elkezdeni, de arról is, hogy ezek a sejtek nem csak rengetegen vannak, de különlegesek is. Esetleg van még egyéb, csak rájuk jellemző tulajdonság, ami a jelen vizsgálatokban is fontos?

- Nem is akármilyen! Bizonyos körülmények között, például sztrók vagy traumás agyi sérülések esetében, ezek a sejtek is képesek őssejtszerű tulajdonságukat visszanyerni, osztódni, és a sérülés helyén beavatkozni. Az általunk most feltárt, sejtosztódást/differenciálódást szabályozó útvonal két főszereplője, az MSI1 nevű sejtciklus-szabályozó fehérje és a D2 főként asztrocitákban található/fejeződik ki. Ez indokolja azt a felvetésünket, hogy a most feltárt útvonalnak szerepe lehet akár gliasejtekből kiinduló primer agydaganatok kialakulásában is!

- A kísérleteket először sejtkultúrában végeztétek. Mennyire lehet arra számítani, hogy az in vivo kísérlet eredménye ugyanaz lesz?

- Sejtkultúrában, jobban szabályozható körülmények között, az élő állati szervezet komplexitása nélkül, könnyebb egy szabályozó rendszer elemeit megváltoztatni, és működésének mikéntjéről gyorsabban nyerhetünk több információt. Kísérletünk esetében is hamar kiderült, hogy a szabályozás egyfajta molekuláris libikókaként működik a gátló MSI1 szabályozó fehérje és a D2 célfehérje között. A proliferációt serkentő MSI1 szintjét csökkentve, a sejtekben a differenciálódást segítő T3 termelést katalizáló D2 enzim mennyisége megnőtt, ezért magasabb lett a sejtek aktív pajzsmirigyhormon szintje, míg az MSI1 mennyiségének növelése a D2 szint csökkenését eredményezte. 

Azt is sikerült igazolnunk, hogy az MSI1 kiváltott D2 szabályozás a D2 molekula szokatlanul hosszú mRNS-ének szabályozó régióján keresztül megy végbe. Mivel a sejtes kísérletekben minden az elméleteink szerint működött, bíztunk benne, hogy az élő állatban is sikerül ezt a mechanizmust igazolni.

- Hogyan tudtátok in vivo az MSI1-D2 útvonalat modulálni/változtatni – volt-e más megfigyelhető hatása az MS1 szint csökkentésének?

In vivo az MSI1 szintjét agy-hipofízis KO (génkiütött) egér modell segítségével sikerült markánsan lecsökkenteni. Ezen egerek agykérgében a D2 enzim aktivitása megnőtt, emiatt pedig magasabb lett a szöveti pajzsmirigyhormon szint. Ezt a PMH-érzékeny gén-expressziójó mérésével vizsgáltuk. 

- Mit jelent a cikknek az a kijelentése, hogy „az asztrocitasejtek osztódásának lassítása a T3 jelenlététől függött”? A T3 jelenléte nélkül is volt osztódás, csak fele olyan gyorsan?

- Kontroll egerek és MSI1 KO egerek agyából izolált asztrocitasejtekből készült elsődleges (primer) sejtkultúrákban az osztódó sejtek száma MSI1 hiányos kultúrában alacsonyabb, a D2 aktivitása pedig magasabb volt a kontrollban talált értékekhez képest.

A több D2 enzim eredményeként előállított nagyobb mennyiségű aktív T3 kulcsszereplője lehet a sejtosztódás lelassításának. Kontroll egerek primer asztrocita tenyészetnek T3-kezelése hatására szintén kevesebb osztódó sejtet találtunk, amiből levonhattuk azt következtetést, hogy az MSI1 a D2  szabályozásán keresztül képes a T3 szintet befolyásolni és a sejtek osztódását/proliferációját szabályozni.

- Te mit tartasz a munka legjelentősebb eredményének?

- Az MSI1-D2-T3 az agyi sejtosztódást és sejtdifferenciálódást szabályozó új molekuláris útvonal, egyben az agyi pajzsmirigyhormon  szabályozás új mechanizmusa, ami  hozzájárul ahhoz a bonyolult szabályozási körhöz, ami a sejtosztódá és sejtdiffeentáció közötti antagonizmus révén  eldönti, egy sejt osztódik-e vagy sem.

Szeretnénk mélyebben megérteni ennek az új útvonalnak a szerepét az agyban, ugyanis mind az MSI1, mind a D2 fehérje szerkezetileg erősen konzervált, mindkettő jelen van az emlős agy gliális kompartmentjében, így számos folyamat szabályozó tényezői lehetnek. 

-  Hogyan folytatjátok a kísérleteket?

- Gondolom nem váratlan, hogy érdeklődésünk most a tumorbiológia felé fordult, hiszen a proliferációt támogató MSI1 szintje számos daganatban, köztük primer agydaganatban, mint például a nagyon rossz prognózisú glioblasztóma esetében is, megemelkedik. Szeretnénk megvizsgálni, van-e kapcsolat a tumor MSI1 és D2 szintje között. Amennyiben van, megvizsgáljuk, ennek milyen hatása van a tumor növekedésére, terjedésére. Már megkaptuk a szükséges TUKEB engedélyt és Dr. Mezei Tamás és Dr. Sípos László főorvosok irányításával már el is kezdődött az emberi glioblasztóma minták gyűjtése Semmelweis Egyetem Idegsebészeti és Neurointervenciós Klinikáján. 

- Az első szerző szerepe mindig kiemelt egy cikkben, ahogy a munkában is. Mi volt a Te részed?

- A legfontosabb dolog mindenképpen maga az ötlet volt, ami egy másik munka kapcsán jutott eszembe. A D2 enzim mRNS-ét vizsgáltam egy szoftver segítségével, amikor a Musashi fehérje neve felbukkant. Amikor rákerestem az interneten, egy, a monda szerint legyőzhetetlen japán harcos, Miyamoto Musashi képe jelent meg, aki a párbajokban két karddal harcolt. A fehérjét kettős RNS kötőhelye miatt nevezték el róla. 

Mivel úgy tűnt, az MSI1 fehérje hatásmechanizmusáról leírtak beleillenek a D2 szabályozásról alkotott eddigi képünkbe, nekikezdtem az elővizsgálatoknak. Az első időszakban kizárólag én kísérleteztem, de ahogy a munka egyre ígéretesebbé vált, több kollégánk is csatlakozott a projekthez, és gyorsabban tudtunk haladni. Külön is köszönöm Halmos Emese és Dorogházi Beáta sok segítségét, ahogy laborvezetőnk, Dr. Gereben Balázs támogatását is. A biztató eredmények láttán aztán elindultak az in vivo tesztelések, és elkezdtük a humán glioblasztóma minták gyűjtésének megszervezését is. 

Amint a mintaszám eléri a szükséges értéket, azonnal nekikezdünk a kísérleteknek. Alig várjuk, hogy láthassuk, az emberi mintákon kapott eredmények megfelelnek-e az   állatkísérletekben kapottaknak. Mert ha a MSI1-D2 kapcsolata itt is hasonló lesz, akkor elkezdődhet egy új fejezet,  új tipizálási és esetleg kezelési lehetőségek kidolgozása!