Zrealizovali sme projekt APVV-15-205  podporený Agentúrou na podporu výskumu a vývoja, v ktorom sme preukázali, že ochorenia, ktoré patria k neurovývinovým poruchám, sú sprevádzané závažnými zmenami v bunkách mozgu – neurónoch a astrocytoch.

Pacienti, ktorí vykazujú autistické symptómy – majú problém s komunikáciou, oneskorený vývin reči, nevedia nadviazať očný kontakt a majú veľmi špecifické záujmy, trpia na molekulárnej úrovni  zmenami v spojeniach  neurónov. Tieto spojenia sa nazývajú synapsie a na ich tvorbe sa podieľajú aj astrocyty. Na mikroštruktúrnej úrovni, synapsie vznikajú spájaním molekúl na membránach neurónov a astrocytov. Ak sú molekuly na niektorej zo strán synapsie poškodené, k vzniku spojenia nedôjde, alebo nefunguje správne. Neuróny potom nevedia prenášať informácie dostatočne rýchlo a efektívne.

K dôležitým membránovým molekulám, ktoré spájajú neuróny patria neurexíny a neuroligíny. Hormón oxytocín je známy tým, že u matky ovplyvňuje pôrod  a vylučovanie mlieka počas laktácie a u novorodenca sa podieľa na príjme potravy.

Zistili sme, že hormón oxytocín ovplyvňuje viacero neurexínov a neuroligínov v neurónoch a astrocytoch. Ak v istom období vývinu mozgu nie je oxytocín v dostatočnej miere prítomný v synaptických spojeniach, mení to ich kontakt. K týmto zmenám dochádza napríklad u pacientov trpiacich Prader Wiliho syndrómom. Novorodenci neprijímajú potravu, trpia poruchami krvného tlaku a svalového napätia. Zároveň sa často rozvíjajú autistické príznaky, ktorých pravdepodobnou príčinou je nedostatok oxytocínu. Na zvieracom modeli tohto ochorenia sme ukázali, že sa mení aj morfológia neurónov.

Neuronálne bunky izolované z hipokampu myší (vľavo kontrolné zvieratá, vpravo model Prader Wiliho syndrómu). Zelenou je označený proteín špecifický pre neuróny (MAP2), červenou cytoskeletárny proteín – aktín, modrou sú označené jadrá buniek.

V rôznych súvislostiach sa pracovníci nášho oddelenia zaoberali vývinom už dlho v minulosti. Priekopníci experimentálnych vývinových štúdií na Slovensku, ktorí dodnes pôsobia v našom laboratóriu boli Dr. Štrbák a  Dr. Macho. Obaja sa ešte v sedemdesiatych rokoch minulého storočia venovali vplyvu výživy a oddelenia matky od potomkov na následný vývin organizmu. Tieto štúdie boli významné z rôznych hľadísk a viedli k analýze prítomnosti biologicky aktívnych látok a najmä hormónov v materskom mlieku a tiež k objavu tyroxínu v materskom mlieku (Dr. Štrbák). Vzhľadom na to, že tyroxín je hlavným hormónom štítnej žľazy a tá má významné postavenie v regulácii rastu a metabolizmu, mnoho minulých výskumných snáh bolo venovaných pochopeniu hypofunkcie štítnej žlazy. Dynamické zmeny v obsahu tyroxínu počas laktácie, prerušenie dojčenia a umelá výživa majú vplyv na vývin novorodenca, pričom dochádza k zmenám dozrievania mozgu,  hypotalamickej regulácie. a tiež schopnosti odpovedať na stresové podnety. Mnoho pôvodných myšlienok Dr. Štrbáka a Dr. Macha má význam v istom kontexte vývinu mozgu aj vo výskume v súčasnosti.

V súčasnosti sa venujeme výskumu vývinu mozgu na bunkovej a molekulárnej úrovni hlavne prostredníctvom „in vitro“ experimentov. Používame rôzne modely, bunkové kultúry a čiastočne sa venujeme analýze tkanív živočíšneho aj ľudského pôvodu po príslušnom schválení. Neuronálne bunky rôznych typov  udržujeme v stálych podmienkach v inkubátore v Petriho miskách. Pestovanie buniek má veľký význam pretože vieme dobre ovplyvniť ich prostredie. Bunky majú v prísne kontrolovanom a sterilnom prostredí všetky živiny a hormóny, ktoré môžeme podľa potreby meniť a vytvárať rôzne experimentálne usporiadania, ktoré sa podobajú na podmienky v živom organizme.  Neuronálne bunky vieme analyzovať a pozorovať zmeny ich tvaru, rastu výbežkov a bunkových spojení. Zaujímajú nás zmeny pod vplyvom rôznych koncentrácií  malých molekúl a hormónov najmä oxytocínu. V neuronálnych bunkách vieme pomocou mikroskopu pozorovať vnútrobunkové deje, rôzne proteínové vlákna a mikrotubuly, ktoré nám dávajú obraz o tom ako sa bunky v odpovedi na oxytocín správajú. Obdobné procesy prebiehajú aj v ľudskom mozgu počas vývinu ale aj neskôr počas života.

Zahraniční hostia na našom oddelení

Hosťovská prednáška profesorky Muscatelli z Francúzskeho neurobiologického ústavu v Marseille – “Institut de neurobiologie de la méditerranée” sa uskutočnila v pondelok 10. septembra 2018 v priestoroch Virologického ústavu BMC SAV pre vedeckých pracovníkov ústavov Biomedicínskeho centra SAV a záujemcov z akademického prostredia, ktorí sa zaoberajú výskumom mozgu, jeho vývinovými zmenami a nervovými ochoreniami.

Profesorka Françoise Muscatelli sa v medicínskom výskume zaoberá neuropeptidom oxytocínom a jeho úlohou v patofyziológii rôznych neurovývinových ochorení, ku ktorým patrí Prader Williho syndróm a poruchy autistického spektra. So svojim tímom sa venuje aj klinickým štúdiám, ktoré testujú podávanie oxytocínu pacientom s poruchami príjmu potravy. Tieto štúdie smerujú k vývoju nových liekov pre klinické použitie. Profesorka Muscatelli má registrovaný patent v súvislosti s podavaním oxytocínu a jeho analógov v USA aj v Európe.

Profesorka Muscatelli pôsobí v “Institut de neurobiologie de la méditerranée” v Marseille, ktorý patrí k sieti špecializovaných francúzskych vedeckých ústavov Národného ústavu zdravia a medicínskeho výskumu – “Institut national de la santé et de la recherche médicale (INSERM)”. Spolupráca s Ústavom experimentálnej endokrinológie BMC SAV je založená na spoločnom bilaterálnom projekte, ktorý zahŕňa účasť doktorandky Alexandry Reichovej na experimentoch prebiehajúcich v Marseille s využitím špecializovaných geneticky modifikovaných organizmov. Modelovanie patológie zriedkavých neurovývinových ochorení vytvára predpoklady na pochopenie zmien vo vývine mozgu a úlohy oxytocínu v procesoch diferenciácie neuronálnych buniek.

Spolupráca je podporená Agentúrou na podporu výskumu a vývoja (APVV) financovaním projektov: APVV-15-0205    , Zmeny regulácie neuritogenézy vo vzťahu k neurovývinovým ochoreniam a APVV-SK-FR-2017-0012, Úloha oxytocínu v regulácii expresie GTPáz v transgénnom modeli neurovývinového ochorenia.

Dňa 27.4.2016 nás navštívil prof. Des Richardson z The University of Sydney s prednáškou na tému: A 20 years odyssey: Design and development of a novel aniti-tumor agent.

Dňa 6.10.2016 nás navštívila Dr. Ewelina Knapska z Nencki Insitute of Experimental Biology, Polish Academy of Sciences s prednáškou na tému: Neuronal correlates of fear contagion.