Stor opdagelse om pattedyrs hjerner overrasker forskere

Millioner af hjerneceller sender konstant beskeder rundt mellem hinanden inde i hjernen for at bevæge kroppen og forme tanker og hukommelse. Når to hjerneceller mødes for at udveksle en besked, foregår det ved, at signalstoffer kaldet neurotransmittere transporteres fra én hjernecelle til en anden ved hjælp af et unikt enzym.

Dette er en fuldstændig livsvigtig proces i hjernen, som pattedyr og andre komplekse organismer ikke kan overleve uden. Derfor har forskere verden over indtil nu troet, at disse enzymer var konstant aktive for løbende at overbringe de vigtige signaler. Men det er de langt fra.

Ved hjælp af en ny banebrydende metode har forskere fra Kemisk Institut på Københavns Universitet nærstuderet enzymet og opdaget, at det tænder og slukker for sin aktivitet i helt tilfældige intervaller, hvilket modsiger vores tidligere viden om den vitale proces i hjernen.

”Det er første gang, nogen har undersøgt disse enzymer i hjernen hos pattedyr ét molekyle af gangen, og vi er dybt overraskede over resultatet. Stik imod hvad alle troede, og ulig mange andre proteiner, så stopper disse enzymer med at virke i alt fra få minutter til flere timer ad gangen. Alligevel er menneskers og andre pattedyrs hjerner på mirakuløs vis i stand til at fungere,” siger professor Dimitrios Stamou fra Kemisk Institut på Københavns Universitet, som har stået i spidsen for studiet.

Indtil nu har det kun været muligt at undersøge denne proces i en enkelt gruppe af meget stabile bakterier, men med en ny metode har forskerne været i stand til at undersøge hjerne-enzymet i rotter. Studiet er udgivet i dag og er på forsiden af det anerkendte videnskabelige tidsskrift, Nature. 

Kan have vidtrækkende konsekvenser for hjernecellers kommunikation

Hjerneceller kommunikerer ved hjælp af neurotransmittere. Men for at overføre beskeder mellem to hjerneceller, skal neurotransmitterne først pumpes ind i en lille membranblære (kaldet en synaptisk vesikel). Blæren fungerer som en beholder, der frigiver neurotransmitterne mellem de to hjerneceller, når beskeden skal leveres. Det centrale enzym undersøgt i det nye studie, kaldet V-ATPase, er ansvarlig for at forsyne pumpen i beholderen med energi. Uden V-ATPasen kunne

neurotransmitterne ikke komme ind i deres beholder og overføre beskeder mellem hjerneceller.

Men studiet viser, at der for hver beholder til at transportere neurotransmittere bare er ét eneste enzym, ud af flere milliarder i hjernen, til pumpe dem ind i beholderen. Og når enzymet holder pause kan det ikke pumpe neurotransmittere ind i beholderen og dermed ikke overføre beskeder mellem hjernecellerne. Og det er en ny og overraskende opdagelse, som videnskaben ikke var klar over før nu.

”Det er næsten ikke til at forstå, at ét enkelt enzym for hver beholder bærer hele ansvaret for den ekstremt vigtige proces det er at fylde neurotransmitterne i deres beholdere. Særligt fordi vi ser, at disse enzymer er slukkede 40 procent af tiden,” siger professor Dimitrios Stamou.

De nye opdagelser rejser mange nye interessante spørgsmål:

”Betyder nedlukningen af energipumpen så, at mange af beholderne er tomme og ikke indeholder neurotransmittere? Påvirker et stort antal tomme beholdere kommunikationen mellem hjerneceller? Og hvis de gør, har hjernecellerne så udviklet sig til at omgå dette ”problem” eller kan de være en helt ny måde at indkode vigtig information i hjernen på? Det vil tiden vise,” siger Dimitrios Stamou.

En revolutionerende metode til at screene ny medicin

Enzymet V-ATPase er et vigtigt mål for medicin, fordi det spiller en afgørende rolle i udviklingen af cancer, cancer metastaser og i adskillige andre livstruende sygdomme. Derfor er V-ATPase et gavnligt enzym at ramme, når der skal udvikles ny medicin, som kan forebygge cancer.

Eksisterende analyser til at screene ny medicin for dets virkning på enzymet V-ATPase baserer sig på den gennemsnitlige aktivitet fra milliarder af V-ATPase-enzymer. Det gør man, fordi det er nok at kende det gennemsnitlige enzyms opførsel, når bare det er konstant aktivt eller samarbejder i stort antal.

”Nu ved vi, at det ikke nødvendigvis gør sig gældende for V-ATPase. Derfor er det pludseligt blevet vigtigt at bruge metoder, som kan måle opførslen af enkelte V-ATPase-enzymer for at forstå og optimere den ønskede effekt af medicin,” siger postdoc Elefterios Kosmidis fra Kemisk Institut på Københavns Universitet, der udførte eksperimenterne i laboratoriet og er førsteforfatter på den videnskabelige artikel.