Neurogeneza si moartea neuronilor

 

Neurogeneza (nasterea neuronilor) este procesul prin care neuronii sunt generati. Neurogeneza este activa in perioada pre-natala si este responsabila pentru popularea creierului cu neuroni.

Pana recent, se credea ca neuronii nu se regenereaza. La varsta foarte frageda se nasc noi neuroni pentru a ajuta construirea unor cai numite circuite neurale. Oamenii de stiinta credeau ca o data ce un circuit este realizat si se afla in locul potrivit, adaugarea unor noi neuroni ar putea intrerupe curgerea informatiei si ar putea rupe sistemul de comunicatie al lor.

In 1962, Joseph Altman a pus la indoiala acesata credinta atunci cand a observat nasterea neuronilor in hipocampus la un soarece adult. Neurogeneza era inca prezenta si la adulti. Mai tarziu, el a sustinut ca neuronii nou nascuti migrau din locul de unde se nasteau, din hipocampus, in alte regiuni ale creierului. In 1979, un alt om de stiinta, Michael Kaplan, a confirmat descoperirile lui Altman, iar in 1983 a descoperit ceulele precursoare la un mamifer adult.

Aceste descoperiri despre neurogeneza in creierul adult au fost surprinzatoare. La sfarsitul anilor 80, un cercetator a incercat sa inteleaga cum pot invata pasarile diverse cantece. Intr-o serie de experimente, Fernando Nottebohm si echipa sa, au aratat ca numarul neuronilor la niste canari masculi a crescut in timpul sezonului de imperechere. Exact in aceasta perioada pasarile invatau noi cantece pentru a atrage femele.

Nottebohm sustinea ca acei neuroni noi au facut posibila invatarea. Prin neurogeneza, pasarea reusea sa tina minte si sa invete, lucru ce putea fi posibil si la mamifere.

Alti oameni de stiinta au gasit aceasta afirmatie ca fiind exagerata, si nu era o regula pentru a se aplica si la mamifere. Insa Elizabeth Gould a descoperit ulterior, dovezi ale neuronilor nou nascuti in creierul unor maimute. Fred Gage si Peter Eriksson au aratat ca acelasi lucru se poate intampla si in creierul uman.

Se pare ca neurogeneza functioneaza si la adulti, sau cel putin doar in anumite zone ale creierului. Neuronii se nasc in permanenta predominand in doua regiuni ale creierului: in zona subventriculara, unde celulele noi migreaza catre bulbul olfactiv si in zona subgranulara, parte din hipocamp. Multe dintre celulele noi nu supravietuiesc si mor, insa altele reusesc sa se integreze si sa devina functionale in tesutul care le inconjoara.

Pentru unii cercetatori ai neurostiintei, neurogeneza la adulti este o teorie inca nedemonstrata.

Nasterea

Neuronii sunt nascuti in zone ale creierului bogate in celule precursoare ale lor. Acestea sunt numite si celule stem neurale. Aceste celule au potentialul de a genera majoritatea – daca nu toate – tipurilor de neuroni si de celule gliale ce se gasesc in creier.

Cercetatorii au observat cum se comporta aceste celule in laborator.

Stiinta celulelor stem este una noua si in permanenta evolutie, o data cu descoperirea unor noi lucruri. Insa cercetatorii au reusit sa descrie cum se nasc neuronii din aceste celule stem neurale, iar modelul seamana in principiu cu un arbore genealogic.

Celulele stem neurale se inmultesc prin diviziune. O celula se divide dand nastere la doua celule, iar acestea la randul lor, se divid dand nastere la patru celule.

Atunci cand o celula se divide, se spune ca se diferentiaza. Diferentierea inseamna ca o celula noua este specializata mai mult in forma si functie.

In timp ce o celula da nastere la astrocite, in final, altele vor produce neuroni sau oligodentrocite.

Migratia neuronilor

O data ce un neuron este nascut, el trebuie sa calatoreasca pana in locul potrivit. Dar de unde stiu acestia unde trebuie sa ajunga si ce ii ajuta sa ajunga acolo?

Oamenii de stiinta au observat ca exista cel putin doua metode diferite prin care neuronii calatoresc. Unii neuroni migreaza urmand fibrele lungi ale unor celule numite glia radiala. Aceste fibre se intind din straturile interioare ale creierului pana in cele exterioare. Cu ajutorul lor, neuronii se agata de aceste fibre pana ajung la destinatia finala.

Neuronii pot calatori folosind si semnale chimice. Cercetatorii au descoperit molecule speciale pe suprafata neuronilor, care se leaga cu alte molecule asemanatoare de celulele gliale din apropiere sau de axoni. Aceste semnale chimice ii „indruma” pana la destinatie.

Dar nu toti neuronii ajung cu succes la destinatie. Cercetatorii au aproximat ca doar o treime ajung unde trebuie. Restul fie nu se diferentiaza, fie mor si dispar in primele 3 saptamani din faza migrarii.

Alti neuroni supravietuiesc calatoria insa sfarsesc intr-un loc unde n-ar trebui sa fie. Mutatiile la nivelul genelor care controleaza migratia creaza grupuri de neuroni care nu se afla unde trebuie, provocand diverse disfunctii precum epilepsia la copii, retard mintal, sau este posibil sa provoace chiar si schizofrenia sau dislexia.

Diferentierea

O data ce un neuron ajunge la destinatia finala, se pune in functiune. Acesta este ultima etapa a diferentierii si este cel mai putin inteleasa din toata neurogeneza.

Neuronii sunt responsabili pentru transport si pentru asimilarea neurotransmitatorilor – pe neurotransmitatori se bazeaza informatia si comunicarea dintre doua celule.

Depinzand de locatie, un neuron poate sa ia functia unui neuron senzorial, neuron motor, sau interneuron, trimitand si primind anumiti neurotransmitatori. Un neuron depinde de semnalele altor celule, precum astrocitele, ce determina forma si locatia lor, ce tip de transmitatori sa produca si cum sa se conecteze la alti neuroni.

Aceste celule nou nascute realizeaza celule neurale – sau cai de comunicare intre doi neuroni – care se vor afla in acelasi loc pana in perioada cand individul devine adult.

In creierul unui adult, circuitele neurale sunt deja realizate iar neuronii trebuie sa gaseasca o cale sa se potriveasca in retelele deja create. Cercetatorii banuiesc ca astrocitele ar putea juca un rol similar si in creierul unui adult.

O data ajuns la locul potrivit, neuronii dezvolta un axon si dendrite cu care se conecteaza la alti neuroni din jurul lor.

Moartea neuronilor

Desi neuronii sunt celulele cele mai longevive, foarte multi dintre ei mor in perioada migrarii si diferentierii. Unele boli sunt provocate de moartea prematura a neuronilor.

La Parkinson, neuronii care produc dopamina (un neurotransmitator) mor, iar creierul nu mai poate controla corpul.

La sindromul Huntington, o mutatie genetica cauzeaza o supra-productie a unui neurotransmitator numit glutamat, ce omoara neuronii din ganglionii bazali.

La sindromul Alzheimer, proteinele se depun in jurul neuronilor din neocortex si hipocamp, regiuni ce controleaza memoria. Acesti neuroni ajung sa piarda legatura cu restul retelei de neuroni si in cele din urma mor. Oamenii ce sufera de acest sindrom pierd capacitatea de a memora si abilitatea de a face diverse lucruri.

Loviturile puternice la cap pot omori imediat neuronii, sau ii pot omori lent, daca legaturile au fost intrerupte. Astfel oxigenul si nutrientii de care au nevoie pentru a trai nu mai pot ajunge la acestia.

O vatamare a coloanei vertebrale poate intrerupe comunicarea intre creier si muschi. Neuronii care au pierdut legatura pot supravietui, insa isi pierd capacitatea de a comunica.

Cercetarile continua, iar creierul nu inceteaza sa ne uimeasca prin complexitatea lui. Cu ajutorul descoperirilor, oamenii de stiinta spera ca vor gasi noi metode pentru a trata diverse boli si sindroame care afecteaza viata a milioane de oameni.

Un studiu recent a aratat ca celulele stem neurale pot genera multe tipuri de neuroni gasiti in creier si in sistemul nervos. Invatand cum sa manipulam aceste celule stem in laborator pentru a da nastere unor diferite tipuri de neuroni, ar putea implini un vis demult neimplinit: producerea de noi neuroni pentru a-i inlocui pe cei afectati sau care au murit prematur.

Bibliografie:

1. National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NIH Publication No.02-3440d)

2. Altman, J (1962). “Are new neurons formed in the brains of adult mammals?”. Science 135: 1127–8

3. Wikipedia

 www.descopera.org