Rola kinazy mTOR w regulacji rozwoju neuronu

Nasz mózg zbudowany jest z setek milionów neuronów łączących się wzajemnie i tworzących sieci do przetwarzania informacji. Informacje przekazywane są szybko i precyzyjnie dzięki ściśle określonemu kształtowi indywidualnych neuronów. Neuron posiada rozgałęzione wypustki – dendryty, które są jak anteny: odbierając informacje z zewnątrz, gromadzą je w ciele neuronu, aby następnie przesłać sygnał do kolejnej komórki, za pomocą drugiego typu wypustki, zwanej aksonem. Zanim jednak neuron będzie mógł sprawnie przesyłać informacje, musi przejść kolejne etapy rozwoju: znaleźć się w określonym miejscu w mózgu i przybrać właściwy kształt. Etapy te nazywamy: migracją i różnicowaniem.

Zdjęcia mikroskopowe przedstawiające zróżnicowane neurony w opuszce węchowej, skrawek poprzeczny mózgu myszy. Kolor zielony: neurony eksprymujące białko EGFP, niebieski: jądra komórek (Hoechst).

Jak to się zatem dzieje, że neuron „wie”, gdzie ma się znaleźć i jaki przybrać kształt? Badania przeprowadzone w ciągu ostatnich lat dowodzą, iż na rozwój neuronu mają wpływ sygnały pochodzące ze środowiska zewnętrznego, regulujące współpracę wewnętrznego zestawu molekuł, który ostatecznie decyduje o morfologii neuronu. Jeśli współpraca zostanie zaburzona, w molekularnej maszynerii dochodzi do zmian kształtu neuronu i do nieprawidłowego funkcjonowania mózgu. Problemy wynikające z zaburzenia drzewka dendrytycznego obserwowane są w licznych chorobach układu nerwowego np.: stwardnieniu guzowatym, autyzmie, schizofrenii. Wiemy wiele na temat patologii układu nerwowego, ale wiąż za mało aby zrozumieć molekularne mechanizm odpowiedzialne za rozwój neuronów.

Zdjęcia mikroskopowe przedstawiające migrujące neuronalne komórki progenitorowe w przednim strumieniu migracji, skrawek strzałkowy mózgu myszy. Kolor zielony: marker komórek migrujących (PSA-NCAM) , niebieski: jądra komórek (Hoechst), czerwony: marker aktywnego białka mTOR (pS6).

Jedną z ważnych molekuł, biorących udział w formowaniu drzewka dendrytycznego, jest białko mTOR, co wykazały m.in. doświadczenia grupy badawczej profesora Jacka Jaworskiego, przeprowadzone na neuronach hodowanych in vitro (poza organizmem). Wykorzystując wyniki z tych doświadczeń, chciałabym sprawdzić na modelu mysim, jaka jest rola białka mTOR w rozwoju neuronu w mózgu (in vivo), co ma bardzo duże znaczenie dla zrozumienia rzeczywistej roli mTOR w fizjologii i patologii neuronów. Dlatego moim celem jest odpowiedzieć na pytanie, czy mTOR jest centralną molekułą regulującą migrację i różnicowanie neuronu in vivo. W celu znalezienia odpowiedzi na powyższe pytanie planuję sprawdzić, co stanie się z neuronem w mózgu (in vivo), jeśli całkowicie pozbawię go mTOR. Wykonam to doświadczenie, wykorzystując myszy z indukowanym nokautem mTOR. Oznacza to, iż w wyniku przeprowadzenia specjalnych manipulacji genetyczno-farmakologicznych, tylko wybrane komórki mózgu zostaną pozbawione tego genu, a co za tym idzie i białka mTOR. Jest to konieczne, ponieważ całkowite pozbawienie organizmu tego białka jest śmiertelne. Planowane doświadczenia przeprowadzę we współpracy z profesorem Nahumem Sonenbergiem (Uniwersytet McGill, Kanada), wykorzystując swoje dotychczasowe umiejętności eksperymentalne zdobyte w ramach studiów doktoranckich w mojej macierzystej pracowni.

mgr Agnieszka Skałecka

Od 2010 r. wykonuje swoją pracę badawczą w Międzynarodowym Instytucie Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie. Jest doktorantką Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN oraz wolnym słuchaczem Studium Medycyny Molekularnej w Warszawie. Jest współautorką 3 publikacji naukowych o międzynarodowym zasięgu.

Data publikacji: 04.11.2013