Πάρκινσον: Η νόσος του Πάρκινσον είναι μια σύνθετη νευροεκφυλιστική διαταραχή που οδηγεί σε φθορά συγκεκριμένων τύπων νευρώνων στον εγκέφαλο, με αποτέλεσμα μια σειρά κινητικών και μη κινητικών συμπτωμάτων. Σήμερα εκτιμάται ότι πάνω από 10 εκατομμύρια άνθρωποι στον κόσμο ζουν με τη νόσο του Πάρκινσον, τη δεύτερη πιο συχνή νευροεκφυλιστική διαταραχή μετά τη νόσο Αλτσχάιμερ. Ο αριθμός αυτός αναμένεται να διογκωθεί σε 14 εκατομμύρια μέχρι το 2040 σε αυτό που αναφέρεται ως πανδημία της νόσου του Πάρκινσον.
Ένα από τα βασικά γεγονότα στη νόσο του Πάρκινσον είναι η συσσώρευση μιας πρωτεΐνης που ονομάζεται α-συνουκλεΐνη στο εσωτερικό των νευρώνων. Η συσσώρευση αυτή διαταράσσει τη φυσιολογική λειτουργία των κυττάρων, προκαλώντας τα συμπτώματα του Πάρκινσον και άλλων διαταραχών, και εξελίσσεται σε συσσωματώματα που ονομάζονται σωμάτια Lewy. Σε μια νέα μελέτη, ερευνητές από δύο εργαστήρια του EPFL συνδύασαν την τεχνογνωσία τους για να διερευνήσουν πώς η άλφα-συνουκλεΐνη διαταράσσει τις μεταβολικές διεργασίες εντός των νευρώνων. Η μελέτη αποτελεί μια πραγματικά διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ της Πλατφόρμας Bertarelli για τη γονιδιακή θεραπεία του Bernard Schneider και της ομάδας του Anders Meibom στο EPFL, με την υποστήριξη της Εγκατάστασης πυρήνα βιοηλεκτρονικής μικροσκοπίας του EPFL (Bioelectron Microscopy Core Facility του EPFL). Η εργασία δημοσιεύεται στο Επικοινωνίες Acta Neuropathologica (Acta Neuropathologica Communications). Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τεχνικές απεικόνισης αιχμής, συμπεριλαμβανομένου ενός αναλυτικού οργάνου που ονομάζεται NanoSIMS (φασματομετρία μάζας δευτερογενών ιόντων σε νανοκλίμακα). Το NanoSIMS είναι ένας “μικροανιχνευτής ιόντων” που συνδυάζει υψηλή χωρική ανάλυση (50-150 nm), φασματομετρία μάζας υψηλής ανάλυσης και υψηλή αναλυτική ευαισθησία, τα οποία του επιτρέπουν να παράγει υποκυτταρικούς χάρτες του μεταβολικού κύκλου εργασιών με εξαιρετική ευαισθησία. Το εργαστήριο του Meibom στο EPFL έχει χρησιμοποιήσει ως γνωστόν το NanoSIMS για διάφορες οικολογικές και γεωλογικές μελέτες. Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές συνδύασαν το NanoSIMS με την επισήμανση σταθερών ισοτόπων, για να απεικονίσουν τις ισοτοπικές μεταβολές εντός των ιστών σε υψηλή ανάλυση, παρέχοντας πληροφορίες για τη μεταβολική δραστηριότητα μεμονωμένων κυτταρικών διαμερισμάτων και οργανιδίων. Το συνδύασαν με Ηλεκτρονική Μικροσκοπία για να “δουν” περισσότερες πληροφορίες από βιολογικά δείγματα.
Για να μοντελοποιήσουν τη νόσο του Πάρκινσον, η ομάδα χρησιμοποίησε γενετικά τροποποιημένους αρουραίους που υπερέκφραζαν την ανθρώπινη α-συνουκλεΐνη στο ένα ημισφαίριο του εγκεφάλου, αφήνοντας το άλλο υγιές ως έλεγχο. Συγκρίνοντας τους νευρώνες που υπερεκφράζουν την α-συνουκλεΐνη με εκείνους στο ημισφαίριο ελέγχου, οι επιστήμονες αποκάλυψαν σημαντικές αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο ενσωματώνονται και επεξεργάζονται τα μόρια άνθρακα μέσα στους νευρώνες. Ένα από τα πιο αξιοσημείωτα ευρήματα ήταν η επίδραση της α-συνουκλεΐνης στον κύκλο εργασιών του άνθρακα εντός των νευρώνων. Οι νευρώνες που υπερεκφράζουν την α-συνουκλεΐνη παρουσίασαν αυξημένο συνολικό κύκλο εργασιών των μακρομορίων, γεγονός που υποδηλώνει ότι η συσσώρευση της α-συνουκλεΐνης μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένες μεταβολικές απαιτήσεις σε αυτά τα κύτταρα. Η μελέτη διαπίστωσε επίσης αλλαγές στην κατανομή του άνθρακα μεταξύ διαφορετικών κυτταρικών διαμερισμάτων, όπως ο πυρήνας και το κυτταρόπλασμα, οι οποίες μπορεί να επηρεάζονται από την αλληλεπίδραση της α-συνουκλεΐνης με το DNA και τις ιστόνες. Οι μεταβολικές διαταραχές που προκαλεί η α-συνουκλεΐνη φαίνεται επίσης να επηρεάζουν συγκεκριμένα οργανίδια: Τα μιτοχόνδρια, για παράδειγμα, παρουσίασαν μη φυσιολογικά πρότυπα ενσωμάτωσης και κύκλου εργασιών άνθρακα, γεγονός που συμφωνεί με προηγούμενες μελέτες που δείχνουν ότι η α-συνουκλεΐνη βλάπτει τη μιτοχονδριακή λειτουργία. Ομοίως, η συσκευή Golgi – υπεύθυνη για την κυτταρική διακίνηση και επικοινωνία – παρουσίασε μεταβολικές ατέλειες που πιθανώς προκλήθηκαν από την α-συνουκλεΐνη που διαταράσσει την επικοινωνία μεταξύ των οργανιδίων. “Η μελέτη αυτή δείχνει τις δυνατότητες της τεχνολογίας NanoSIMS να αποκαλύψει μεταβολικές αλλαγές στον εγκέφαλο, με πρωτοφανή ανάλυση, σε υποκυτταρικό επίπεδο”, λέει ο Bernard Schneider. “Μας δίνει ένα εργαλείο για να μελετήσουμε τις πρώιμες παθολογικές αλλαγές που συμβαίνουν στους ευάλωτους νευρώνες ως συνέπεια της συσσώρευσης της α-συνουκλεΐνης, ενός μηχανισμού που συνδέεται άμεσα με τη νόσο του Πάρκινσον”.
