JEFF JOHNSON

Hybrid Medical Animation

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

27

komórki

mózgu

Stale roÊnie liczba

dowodów na to,

˝e pomijane

od pó∏wiecza komórki

neurogleju mogà

uczestniczyç w procesach

myÊlenia i uczenia si´

w stopniu równie wa˝nym

jak neurony

R. Douglas Fields

KOMÓREK GLEJOWYCH (czerwony) w mózgu i pozosta∏ych cz´Êciach
uk∏adu nerwowego jest dziewi´ç razy wi´cej ni˝ neuronów.

T

rzy lata temu ukaza∏a si´ ksià˝ka zatytu∏owana Driving Mr.
Albert opisujàca histori´ patologa Thomasa Harveya, który
w 1955 roku wykona∏ autopsj´ Alberta Einsteina. Po bada-
niu Harvey zachowa∏ si´ zuchwale, zabra∏ bowiem mózg Ein-
steina do domu, gdzie przez nast´pne 40 lat przechowywa∏ go
w pojemniku z p∏ynem konserwujàcym. Od czasu do czasu
udost´pnia∏ jednak jego ma∏e skrawki ró˝nym naukowcom
i pseudonaukowcom z ca∏ego Êwiata szukajàcym w tkance
nerwowej klucza do geniuszu wielkiego fizyka. Gdy Harve-
yowi stukn´∏a osiemdziesiàtka, resztki mózgu za∏adowa∏
do swego buicka skylarka i wyruszy∏ w d∏ugà podró˝ przez
USA, aby oddaç je wnuczce Einsteina.

WÊród naukowców, którzy badali skrawki mózgu s∏ynnego

noblisty, by∏a Marian C. Diamond z University of California
w Berkeley. Nie znalaz∏a w nich jednak ani nieprzeci´tnie
du˝ych neuronów, ani szczególnie wielkiej ich liczby. Jedy-
nie w obr´bie kojarzeniowej kory mózgowej, odpowiedzialnej
za najwy˝sze funkcje poznawcze, zauwa˝y∏a zadziwiajàco
liczne komórki nieb´dàce neuronami, a znane jako neuro-
glej. By∏o ich tam znacznie wi´cej ni˝ w pozosta∏ych miej-
scach mózgu Alberta.

Zbieg okolicznoÊci? Mo˝e tak, mo˝e nie. Coraz wi´cej prze-

s∏anek wskazuje bowiem na to, ˝e komórki neurogleju odgry-
wajà znacznie powa˝niejszà rol´, ni˝ dotychczas sàdzono.
Przez dziesi´ciolecia fizjolodzy zajmowali si´ neuronami,
uwa˝ajàc je za najwa˝niejsze sk∏adniki mózgu. Sàdzili, ˝e ko-
mórki neurogleju, mimo ˝e jest ich dziewi´ç razy wi´cej ni˝
neuronów, pe∏nià jedynie funkcj´ pomocniczà: ograniczajàcà
si´ do transportowania substancji od˝ywczych z naczyƒ krwio-
noÊnych do neuronów, utrzymywania homeostazy jonów
w mózgu oraz ochrony przed patogenami, które wymkn´∏y
si´ komórkom uk∏adu odpornoÊciowego. Dzi´ki takiemu
wsparciu neurony mog∏y wyspecjalizowaç si´ w przekazywa-
niu informacji za poÊrednictwem maleƒkich punktów kon-
taktowych zwanych synapsami i utworzyç sieç po∏àczeƒ, któ-
ra pozwala myÊleç, zapami´tywaç i wyra˝aç uczucia.

Patrz i s∏uchaj

MODEL CZYNNO

ÂCIOWY MÓZGU

utrwalony w ten sposób móg∏by

zmieniç si´ radykalnie dopiero wówczas, gdyby uzyskano ca∏-
kiem nowe informacje dotyczàce neurogleju. W ciàgu kilku
ostatnich lat, dzi´ki zastosowaniu czu∏ych metod pozwalajà-
cych na obserwowanie ˝ywych komórek, pokazano, ˝e neu-
rony i komórki glejowe komunikujà si´ ze sobà, co trwa od ˝y-
cia p∏odowego a˝ do póênego wieku. Okaza∏o si´, ˝e neuroglej
ma wp∏yw na powstawanie synaps, a przede wszystkim na usta-
lanie, które po∏àczenia neuronów wzmocnià si´ z wiekiem, a
które stanà si´ s∏absze. Zmiany takie majà podstawowe zna-
czenie dla procesu uczenia si´ i d∏ugotrwa∏ego przechowywa-
nia uzyskanych informacji. Najnowsze prace eksperymental-
ne pokazujà, ˝e komórki neurogleju majà istotne znaczenie
dla sprawnoÊci mózgu, gdy˝ obok istniejàcej sieci neuronów
tworzà w∏asnà odr´bnà sieç informacyjnà. Choç ju˝ teraz neu-
rofizjologów ekscytuje perspektywa prowadzenia poszukiwaƒ
w pomijanej dotychczas, praktycznie niezbadanej po∏owie
mózgu, która mo˝e okazaç si´ skarbnicà informacji o pracy
ludzkiego umys∏u, to jednak do przypisywania komórkom gle-
jowym ca∏kowicie nowego znaczenia podchodzà z rezerwà.

Uk∏ad nerwowy w rozumieniu wi´kszoÊci

ludzi to plàtanina przewodów ∏àczàcych neu-
rony. Od ka˝dego neuronu odchodzi d∏uga wy-
pustka, najcz´Êciej rozga∏´ziona na koƒcu,
zwana wypustkà osiowà, neurytem lub akso-
nem. Jej funkcjà jest przesy∏anie sygna∏u elek-
trycznego od cia∏a komórki do kolbowato roz-
szerzonego zakoƒczenia, za którym znajduje
si´ synapsa – miejsce ∏àczàce wypustki dwóch
neuronów. Zwykle synapsy nerwowe powsta-
jà w wyniku po∏àczenia aksonu z wypustkami
przesy∏ajàcymi sygna∏ do komórki, zwanymi
dendrytami. B∏ony komórkowe wypustek od-
dzielone sà wàskà szczelinà, zwanà szczelinà
synaptycznà, która uniemo˝liwia przejÊcie sy-
gna∏u elektrycznego. Dlatego te˝ ka˝da kolbka
aksonu wytwarza chemiczne czàsteczki zwa-
ne neuroprzekaênikami lub neuromediato-
rami, które mo˝e uwalniaç do szczeliny sy-
naptycznej, gdzie sà rozpoznawane przez
specyficzne bia∏ka receptorowe znajdujàce si´
na powierzchni dendrytu. W ten sposób w
synapsie sygna∏ elektryczny zostaje zamienio-
ny na sygna∏ chemiczny. Przestrzeƒ wokó∏ neu-
ronów i ich wypustek jest szczelnie wype∏nio-
na komórkami glejowymi, które do czasu
Êmierci Einsteina neurobiolodzy podejrzewa-
li co prawda o udzia∏ w przetwarzaniu infor-
macji, niemniej pomin´li t´ mo˝liwoÊç z bra-
ku przekonujàcych dowodów. Ostatecznie
uznali neuroglej za ma∏o wa˝ny, odstawiajàc go
tym samym na d∏ugi czas na boczne tory nauki.

Neurofizjolodzy nie potrafili wykrywaç sy-

gna∏ów przesy∏anych mi´dzy komórkami neu-
rogleju, cz´Êciowo z braku czu∏ej metody ana-
litycznej, ale przede wszystkim z powodu
niew∏aÊciwego miejsca poszukiwaƒ. Za∏o˝yli

b∏´dnie, ˝e porozumiewanie si´ komórek
neurogleju przebiega w taki sam sposób, w jaki
komunikujà si´ neurony. Uznano wi´c, ˝e
komórki neurogleju wytwarzajà impulsy elek-
tryczne, zwane potencja∏ami czynnoÊciowy-
mi, a ich efektem b´dzie uwalnianie neu-
roprzekaêników, które po przejÊciu przez
synapsy wzbudzà impulsy w kolejnych komór-
kach. RzeczywiÊcie badacze odkryli, ˝e ko-
mórki glejowe majà wiele takich samych ka-
na∏ów jonowych wra˝liwych na zmiany
napi´cia, które generujà sygna∏ elektryczny
w aksonach, chocia˝ ich b∏ona komórkowa
nie pozwala na rozchodzenie si´ w∏asnych po-
tencja∏ów czynnoÊciowych. Przypuszczali, ˝e
te kana∏y dadzà im mo˝liwoÊç poÊredniego
odczuwania poziomu aktywnoÊci sàsiednich
neuronów. Przeoczyli jednak wtedy fakt, ˝e
neuroglej przekazuje wiadomoÊci za pomocà
sygna∏ów chemicznych, nie zaÊ elektrycznych,
co obecnie mo˝na dostrzec dzi´ki zaawanso-
wanym technikom obrazowania pozwalajà-
cym na obserwowanie ˝ywych komórek.

Pods∏uchuje i reaguje

W PO

¸OWIE LAT DZIEWI¢åDZIESIÑTYCH

pojawi-

∏y si´ nowe informacje dotyczàce sposobu,
w jaki neuroglej wykrywa aktywnoÊç neuro-
nów. Neurofizjolodzy ustalili wówczas, ˝e
na b∏onie komórek glejowych znajdujà si´
receptory wielu zwiàzków chemicznych,
w tym tak˝e neuroprzekaêników. Odkrycie
to sugerowa∏o, ˝e mogà one komunikowaç
si´ mi´dzy sobà za pomocà szczególnych sy-
gna∏ów chemicznych, nierozpoznawanych
przez neurony, a byç mo˝e reagowaç bezpo-
Êrednio na neuromediatory wydzielane przez
komórki nerwowe.

Aby udowodniç takie przypuszczenie, na-

ukowcy musieli przede wszystkim wykazaç, ˝e
neuroglej rzeczywiÊcie „pods∏uchuje” prze-
kazy neuronów i reaguje na to, co „us∏yszy.”
WczeÊniejsze prace pokaza∏y, ˝e oznakà pobu-
dzenia komórek glejowych mo˝e byç nap∏yw
jonów wapnia do ich wn´trza. Bioràc to
pod uwag´, opracowano metod´ laboratoryj-
nà, pozwalajàcà Êledziç zmiany st´˝enia jo-
nów wapnia we wn´trzu komórki. Umo˝li-
wi∏o to sprawdzenie, czy komórki glejowe
otaczajàce synapsy znajdujàce si´ mi´dzy
wypustkami neuronów a komórkami mi´-
Êniowymi, znane jako koƒcowe komórki
Schwanna, sà wra˝liwe na przesy∏ane tam-
t´dy sygna∏y. Zastosowana metoda potwierdzi-
∏a, ˝e wyzwolenie potencja∏u czynnoÊciowe-
go w badanych synapsach powoduje nap∏yw
jonów wapnia do komórek Schwanna.

Uzyskanie wst´pnych informacji spowodo-

wa∏o pojawienie si´ kolejnego pytania. Czy ko-
mórki glejowe ograniczajà si´ jedynie do „pod-

28

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

Astrocyt w neurogleju

aktywuje odleg∏e neurony,

wspomagajàc tworzenie

Êladów pami´ciowych.

n

Od dziesi´cioleci neurofizjolodzy sàdzili, ˝e komunikacj´ w mózgu i innych cz´Êciach

uk∏adu nerwowego zapewniajà wy∏àcznie neurony, natomiast komórki neurogleju,
choç jest ich dziewi´ç razy wi´cej, jedynie nad nimi czuwajà.

n

Dzi´ki rozwojowi aparatury obrazujàcej i rejestrujàcej sygna∏y wiadomo obecnie,

˝e komórki neurogleju nie tylko komunikujà si´ z neuronami, ale tak˝e przekazujà
mi´dzy sobà informacje. Neuroglej mo˝e ponadto zmieniaç wag´ sygna∏u
przekazywanego mi´dzy neuronami przez szczelin´ synaptycznà, a nawet
wp∏ywaç na wytwarzanie samych synaps.

n

SprawnoÊç czynnoÊciowa neurogleju mo˝e mieç decydujàce znaczenie

dla procesów poznawczych, uczenia si´ i zapami´tywania, a tak˝e dla naprawy
uszkodzonych nerwów. Trwajà prace doÊwiadczalne, które powinny rozstrzygnàç,
czy tak jest w istocie.

Przeglàd /

Neuroglej

s∏uchiwania” aktywnoÊci neuronów, wià˝àc
Êladowe iloÊci neuroprzekaênika uwalniane-
go z synapsy? Aksony tworzàce nerwy obwo-
dowe otoczone sà komórkami Schwanna
na ca∏ej d∏ugoÊci, a nie tylko w okolicy synap-
sy. W oÊrodkowym uk∏adzie nerwowym (móz-
gu i rdzeniu kr´gowym) aksony sà wr´cz
opatulone komórkami glejowymi zwanymi oli-
godendrocytami. PostanowiliÊmy w National
Institutes of Health (NIH) zbadaç wobec te-
go, czy komórki glejowe mogà monitorowaç
pobudzenia przep∏ywajàce przez aksony wcho-
dzàce w sk∏ad uk∏adów neuronalnych. JeÊli
tak, to jakie substancje poÊredniczà w tym zja-
wisku? I co wa˝niejsze, na czym dok∏adnie po-
lega reakcja neurogleju na odebrane sygna∏y?
Szukajàc odpowiedzi, wykorzystaliÊmy hodow-
le komórkowe neuronów czuciowych myszy.
By∏y to komórki zwojów korzeni grzbietowych
nerwów rdzeniowych (DRG – dorsal root gan-
glion). Ros∏y one w naczyniach laboratoryj-
nych wyposa˝onych w elektrody pozwalajàce
na wywo∏anie potencja∏u czynnoÊciowego
w aksonach. Cz´Êç hodowli prowadzono w
obecnoÊci komórek Schwanna, a do innych
dodano oligodendrocyty.

Aby ustaliç, czy neuroglej wykrywa wiado-

moÊci p∏ynàce wzd∏u˝ aksonu, trzeba by∏o
niezale˝nie „pods∏uchiwaç” aktywnoÊç obu
typów komórek. CzynnoÊci komórek rejestro-
waliÊmy, wykorzystujàc metod´ umo˝liwia-

jàcà obserwacj´ przemieszczania si´ jonów
wapnia. Polega ona na wprowadzeniu do ko-
mórek barwnika fluorescencyjnego, który
Êwieci dopiero po zwiàzaniu si´ z jonami wap-
nia. Wyzwolenie potencja∏u czynnoÊciowego
w aksonie powoduje otwarcie kana∏ów jono-
wych wra˝liwych na zmiany napi´cia, umo˝-
liwiajàc nap∏yw jonów wapnia do cytopla-
zmy. SpodziewaliÊmy si´ wi´c zobaczyç
w chwili powstania potencja∏u czynnoÊcio-
wego b∏ysk zielonej fluorescencji rozÊwietla-
jàcej od wewnàtrz ca∏y neuron. W miar´ na-
rastania st´˝enia jonów wapnia Êwiecenie
powinno byç coraz intensywniejsze, co po-
stanowiliÊmy zmierzyç powielaczem fotoelek-
tronowym, a obrazy jarzàcych si´ komórek
zapisywaç cyfrowo i odtwarzaç na monito-
rze w czasie rzeczywistym w umownej skali
kolorów wskazujàcych koncentracj´ jonów.
Widok ten przypomina radarowe obrazy na-
wa∏nicy z piorunami, pokazywane podczas
prognozy pogody. JeÊli komórki neurogleju
„us∏yszà” sygna∏y dochodzàce z neuronów,
o czym poÊrednio b´dzie Êwiadczyç nap∏yw jo-
nów wapnia z otoczenia do ich wn´trza, b´-
dà Êwieci∏y, tyle ˝e nieco póêniej.

Wpatrujàc si´ w obraz na monitorze kom-

putera w zacienionym pokoju w NIH, wie-
dzieliÊmy wraz z mojà wspó∏pracownicz-
kà, biologiem Beth Stevens, ˝e po miesiàcach
przygotowaƒ jedno przyciÊni´cie guzika

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

29

JEFF JOHNSON

Hybrid Medical Animation

NEUROGLEJ I NEURONY
wspó∏dzia∏ajà ze sobà w mózgu
i rdzeniu kr´gowym. Neuron
wysy∏a informacj´, która przez
d∏ugi akson i szczelin´ synaptycznà
jest przenoszona do dendrytu
innego neuronu. Wchodzàce
w sk∏ad neurogleju astrocyty
dostarczajà substancje od˝ywcze
do neuronów i regulujà dzia∏anie
synapsy. Inne komórki neurogleju
– oligodendrocyty – wytwarzajà
os∏onk´ mielinowà izolujàcà
aksony. Sygna∏ elektryczny
biegnàcy wzd∏u˝ neuronu
(potencja∏ czynnoÊciowy),
dochodzàc do zakoƒczenia
aksonu (wstawka), powoduje
przesuni´cie p´cherzyków
zawierajàcych neuromediatory
do b∏ony komórkowej i ich
otwarcie. W ten sposób nast´puje
uwolnienie neuromediatorów
(czàsteczek sygna∏owych), które
przenikajà przez wàskà szczelin´
synaptycznà do receptorów
znajdujàcych si´ w b∏onie
komórkowej dendrytu. Podobnie
dzieje si´ w obwodowym
uk∏adzie nerwowym, gdzie
komórki Schwanna otaczajà
aksony i odpowiadajà
za ich mielinizacj´.

AKSON

OLIGODENDROCYT

NACZYNIE KRWIONOÂNE

ASTROCYT

SYNAPSA

RECEPTOR

ZAKO¡CZENIE
AKSONU

NEUROMEDIATOR

P¢CHERZYKI
SYNAPTYCZNE

POTENCJA¸
CZYNNOÂCIOWY

SZCZELINA
SYNAPTYCZNA

DENDRYT

DENDRYT

pozwoli ustaliç s∏usznoÊç naszej hipotezy. Neu-
rony DRG natychmiast odpowiedzia∏y na
impuls stymulatora, zmieniajàc barw´ z nie-
bieskiej na zielonà, potem czerwonà i nast´p-
nie bia∏à, która wskazywa∏a narastajàcà kon-
centracj´ jonów wapnia nap∏ywajàcych do
wn´trza aksonów. Poczàtkowo nie obserwowa-
liÊmy zmian ani w komórkach Schwanna, ani
w oligodendrocytach. Lecz po oko∏o 15 d∏u-
˝àcych si´ sekundach komórki glejowe wresz-
cie zacz´∏y Êwieciç niczym ˝arówki na bo˝ona-
rodzeniowej choince [ilustracja na stronie 31].
Okaza∏o si´, ˝e w jakiÊ sposób odebra∏y im-
pulsy biegnàce wzd∏u˝ aksonów i odpowie-
dzia∏y na nie podwy˝szeniem st´˝enia jonów
wapnia w cytoplazmie.

Komunikacja wzajemna

POTWIERDZILIÂMY

tym samym, ˝e neuroglej

wykrywa aktywnoÊç aksonu i pobiera do
swego wn´trza jony wapnia. W neuronach jo-
ny wapnia aktywujà enzymy wytwarzajàce
neuromediatory. Mo˝liwe, ˝e nap∏yw wapnia
do komórek neurogleju tak˝e wywo∏uje ak-
tywnoÊç enzymów, które przyczyniajà si´
do powstania odpowiedzi. Lecz w jaki sposób
odpowiada komórka neurogleju? A przede
wszystkim, co si´ w niej dzieje pod wp∏ywem
jonów wapnia?

Cennych wskazówek dostarczy∏ ekspery-

ment przeprowadzony nieco wczeÊniej na in-
nych komórkach neurogleju znajdujàcych
si´ w mózgu – astrocytach. Ich funkcjà jest

przenoszenie substancji od˝ywczych z w∏oÊni-
czek – najcieƒszych naczyƒ krwionoÊnych –
do neuronów, utrzymywanie optymalnych
warunków jonowych wokó∏ neuronów, nie-
zb´dnych do powstania impulsów, a tak˝e
usuwanie nadmiaru neuroprzekaêników i jo-
nów uwalnianych podczas powstawania po-
tencja∏u czynnoÊciowego. W klasycznym ba-
daniu przeprowadzonym ju˝ w 1990 roku
zespó∏ pod kierunkiem Stephena J. Smitha
z Yale University (pracujàcego obecnie
w Stanford University) wykaza∏, ˝e st´˝enie
jonów wapnia w astrocytach narasta gwa∏-
townie po dodaniu do po˝ywki, w której ro-
snà, neuroprzekaênika – glutaminianu. Usta-
lono wówczas, ˝e wapƒ rozprzestrzenia∏ si´
szybko we wszystkich astrocytach, które re-
agowa∏y tak, jakby omawia∏y ze sobà nowe
wiadomoÊci przyniesione przez uwolniony
z neuronu neuroprzekaênik.

Pozosta∏o odpowiedzieç na pytanie: czy ko-

mórki astrocytów komunikujà si´ ze sobà dla-
tego, ˝e jony wapnia lub podobne czàsteczki
sygnalizacyjne przechodzà przez otwarte, ∏à-
czàce je kana∏y. W 1996 roku S. Ben Kater
oraz jego wspó∏pracownicy z University of
Utah wykluczyli takà mo˝liwoÊç. Za pomocà
ostrej mikroelektrody wyci´li w warstwie ho-
dowanych astrocytów stref´ pozbawionà ko-
mórek. W ich mniemaniu mia∏a ona dzia∏aç
jak autostrada dzielàca p∏onàcy las na dwie
cz´Êci. Fale jonów wapnia wywo∏ane po jednej
stronie przedostawa∏y si´ jednak bez trudu do
astrocytów znajdujàcych si´ po drugiej stronie
pustej strefy. Musia∏y wi´c istnieç jakieÊ sy-
gna∏y przesy∏ane za poÊrednictwem Êrodowi-
ska hodowli, nie zaÊ dzi´ki fizycznemu kon-
taktowi mi´dzy komórkami.

W ciàgu nast´pnych kilku lat intensywne

prace badawcze prowadzone w wielu labora-
toriach da∏y podobne wyniki. Nap∏yw jonów
wapnia do astrocytów udawa∏o si´ wywo∏aç
dodaniem neuroprzekaêników bàdê u˝yciem
elektrod pobudzajàcych ich wydzielanie
do szczeliny synaptycznej. Tymczasem fizjo-
lodzy i biochemicy wykryli, ˝e komórki glejo-
we majà receptory wià˝àce wiele czàsteczek
sygna∏owych u˝ywanych przez neurony w ko-

JEFF JOHNSON

Hybrid Medical Animation

Komórki Schwanna

mogà byç kluczem

do opracowania metod

leczenia niektórych

chorób neurologicznych.

ASTROCYTY regulujà
przekazywanie sygna∏u przez
synapsy w ró˝ny sposób. Akson
wysy∏a sygna∏ do dendrytu
za poÊrednictwem uwolnionego
neuromediatora, którym w tym
przypadku jest glutaminian
(zielony). Uwalniana jest
równie˝ czàsteczka ATP (˝ó∏ty).
Oba zwiàzki stymulujà nap∏yw
jonów wapnia (fioletowy)
do astrocytów, co warunkuje
komunikacj´ mi´dzy nimi
za poÊrednictwem uwalnianego
ATP. Astrocyty mogà wzmacniaç
sygna∏y, uwalniajàc ten sam
neuromediator, lub je os∏abiaç,
absorbujàc czàsteczk´
sygna∏owà. Mogà te˝ wydzielaç
bia∏ka wià˝àce neuromediator
(niebieski) i w ten sposób nie
dopuszczaç do osiàgni´cia
przezeƒ celu. Co wi´cej, potrafià
wytwarzaç czàsteczki sygna∏owe
(czerwony), które powodujà,
˝e akson zwi´ksza lub zmniejsza
iloÊç neuromediatora
uwalnianego podczas
nast´pnego wy∏adowania.
W miar´ nabywania
doÊwiadczenia nast´puje
modyfikacja po∏àczeƒ mi´dzy
neuronami, powodujàc zmienne
odpowiedzi na bodêce. Proces
ten uwa˝any jest za podstaw´
mechanizmu uczenia si´.

R. DOUGLAS FIELDS jest kierownikiem Sekcji
Rozwoju i PlastycznoÊci Uk∏adu Nerwowego
w National Institute of Child Health and Human
Development w USA, a tak˝e wyk∏adowcà
kontraktowym w Neurosciences and Cognitive
Science Program w University of Maryland w Col-
lege Park. Po obronie pracy doktorskiej zosta∏
stypendystà uniwersytetów w Yale i Stanford.
Z upodobaniem uprawia wspinaczk´ i nurkowa-
nie, pasjonuje si´ budowà gitar akustycznych
i silnikami Volkswagena.

O

AUTORZE

ASTROCYT

GLUTAMINIAN

DENDRYT

ATP

JONY
WAPNIA

ZAKO¡CZENIE

AKSONU

RECEPTOR
GLUTAMINIANOWY

CZÑSTECZKI
SYGNA¸OWE

BIA¸KO
WIÑ˚ÑCE
NEUROMEDIATOR

munikacji synaptycznej; co wi´cej, majà te˝
wi´kszoÊç kana∏ów jonowych, które umo˝li-
wiajà neuronom wyzwolenie potencja∏ów
czynnoÊciowych.

ATP czàsteczkà sygna∏owà

TE I INNE WYNIKI

wywo∏a∏y spore zamiesza-

nie. Komunikowanie si´ komórek neurogleju
jest kontrolowane przez nap∏yw jonów wap-
nia, tak jak w przypadku neuronów. Ruchy
wapnia w neuronach wywo∏ywane sà przez
impulsy elektryczne (potencja∏y czynnoÊcio-
we), które jednak ani nie wyst´pujà w ko-
mórkach neurogleju, ani do nich nie docho-
dzà. Czy jest wi´c mo˝liwe, ˝e nap∏yw jonów
wapnia do komórek glejowych jest inicjowany
przez inne zjawisko elektryczne bàdê jakiÊ
inny mechanizm?

Badacze zauwa˝yli, ˝e podczas doÊwiad-

czeƒ na neurogleju stale pojawia si´ dobrze
znana czàsteczka, trifosforan adenozyny
(ATP). Ka˝dy student biologii wie, ˝e jest ona
podstawowym êród∏em energii dla procesów
zachodzàcych we wn´trzu komórek. Okaza∏o
si´ jednak, ˝e ma ona równie˝ wiele cech,
które sprawiajà, ˝e jest doskona∏à czàsteczkà
przekazujàcà informacje mi´dzy komórka-
mi. Choç wyst´puje niezwykle obficie we
wn´trzu komórki, to w przestrzeni mi´dzyko-
mórkowej praktycznie jej brak. Jest ma∏a, ∏a-
two wi´c si´ rozprzestrzenia i szybko ulega
rozpadowi. W∏aÊciwoÊci te sprawiajà, ˝e prze-
kazywane przez ATP nowe wiadomoÊci nie
mieszajà si´ ze starymi. W neuronie ATP jest
starannie upakowany i przechowywany we-
wnàtrz zakoƒczenia aksonów, skàd mo˝e byç
uwalniany do szczeliny synaptycznej razem
z innymi neuromediatorami i podobnie jak
one mo˝e migrowaç poza synapsy.

W 1999 roku Peter B. Guthrie ze wspó∏-

pracownikami z University of Utah wykaza∏
jednoznacznie, ˝e pobudzone astrocyty uwal-
niajà ATP do otoczenia. Tam wià˝e si´ on
z receptorami na sàsiednich astrocytach, po-
wodujàc otwarcie kana∏ów jonowych i umo˝-
liwiajàc nap∏yw jonów wapnia. Wzrost st´-
˝enia wapnia w cytoplazmie wyzwala w
odpowiedzi dalsze uwalnianie ATP z komó-
rek, wywo∏ujàc reakcj´ ∏aƒcuchowà aktywu-
jàcà wszystkie astrocyty.

Stopniowo wy∏ania∏ si´ pe∏ny model opisu-

jàcy, w jaki sposób neuroglej otaczajàcy ak-
son czuje aktywnoÊç neuronów oraz jak taka
informacja rozchodzi si´ wÊród komórek gle-
jowych. Powstajàcy na b∏onie neuronów po-
tencja∏ czynnoÊciowy stymuluje komórki neu-
rogleju le˝àce wokó∏ aksonu do wydzielania
ATP. To z kolei powoduje nap∏yw jonów wap-
nia do wn´trza sàsiednich komórek, co
zwi´ksza uwalnianie z nich ATP, aktywujàc

tym samym transmisj´ sygna∏u wzd∏u˝ pa-
sma neurogleju, która w efekcie dociera
do obszarów le˝àcych bardzo daleko od neu-
ronu rozpoczynajàcego proces komunikacji.
Dopracowujàc naszà hipotez´, zadaliÊmy so-
bie pytanie, jak neuroglej mo˝e wykrywaç
potencja∏ czynnoÊciowy neuronów, jeÊli nie
tworzà one ze sobà po∏àczeƒ synaptycznych,
a w pobli˝u synapsy nie wyst´puje neuroglej
aksonalny. Neuromediatory nie dawa∏y za-
dowalajàcej odpowiedzi, poniewa˝ nie by∏y
uwalniane z aksonów, a nawet jeÊli by∏y, to
nie mog∏y dzia∏aç w przypadkowych miej-
scach mózgu, gdy˝ dokona∏yby tam spusto-
szenia. Byç mo˝e ATP, uwalniany ∏àcznie
z neuroprzekaênikami podczas pobudzenia
aksonów, w jakiÊ sposób przemieszcza si´
wzd∏u˝ wypustek.

Aby to zbadaç, pobudzaliÊmy elektrycznie

czyste hodowle komórkowe aksonów DRG,
a nast´pnie analizowaliÊmy sk∏ad po˝ywki.
Wykorzystujàc enzym, zwany lucyferazà, któ-
ry w obecnoÊci ATP katalizuje reakcj´ umo˝-
liwiajàcà Êwiecenie robaczków Êwi´tojaƒ-
skich, wykryliÊmy, ˝e aksony uwalniajà ATP,
poniewa˝ podczas powstawania potencja∏u
czynnoÊciowego po˝ywka si´ rozÊwietla∏a.
Nast´pnie dodaliÊmy do hodowli komórki
Schwanna i zbadaliÊmy, czy w odpowiedzi
na uwalniane z aksonów ATP nagromadzajà
si´ w nich jony wapnia. Okaza∏o si´, ˝e tak.
Gdy dodaliÊmy jeszcze jeden enzym – apy-
raz´ (rozk∏adajàcà trifosforan adenozyny
na tyle szybko, ˝e nie dociera on do komó-
rek Schwanna) – neuroglej pozosta∏ ciemny
pomimo wyzwolenia potencja∏u czynnoÊcio-
wego w aksonach. Nap∏yw jonów wapnia

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

31

ZA ZGODÑ R

. DOUGL

ASA FIELDSA. èRÓD¸

O: MA

TERIA¸

Y U

ZUPE¸NIAJÑCE B. STEVENS I

R

. D. FIELDS;

SCIENCE

, TOM 287, S. 2267-2271; 24 MARCA 2000. WYK

ORZYST

ANO ZA ZGODÑ A

UTORÓW

FILM NAKR¢CONY przy u˝yciu konfokalnej
mikroskopii skaningowo-laserowej o wspólnym
ognisku (póêniej zabarwiony) pokazuje, ˝e komórki
neurogleju reagujà na potencja∏ czynnoÊciowy
neuronów. Neurony czuciowe (dwa du˝e cia∏a
komórkowe o Êrednicy 20

µm) (a) i komórki

neurogleju Schwanna (mniejsze cia∏a komórkowe)
zmieszano ze sobà w po˝ywce hodowlanej
zawierajàcej jony wapnia (niewidoczne).
Do komórek wprowadzono fluorescencyjny barwnik,
który Êwieci po zwiàzaniu z jonami wapnia. Pràd
elektryczny o s∏abym napi´ciu wyzwoli∏ potencja∏y
czynnoÊciowe w neuronach, które przemieszcza∏y
si´ wzd∏u˝ aksonów (d∏ugie linie) i powodowa∏y ich
natychmiastowe Êwiecenie (b), co Êwiadczy∏o
o otwarciu kana∏ów w b∏onie komórkowej
umo˝liwiajàcym nap∏yw jonów wapnia. Po 12 s (c),
gdy trwa∏y wy∏adowania na b∏onie neuronów,
rozb∏ys∏y komórki Schwanna. Oznacza∏o to,
˝e zacz´∏y pobieraç jony wapnia w odpowiedzi
na sygna∏y biegnàce wzd∏u˝ aksonów. Po kolejnych
18 s (d) obszar Êwiecàcego neurogleju znaczàco si´
powi´kszy∏. Seria uj´ç pokaza∏a, ˝e neuroglej
odebra∏ wiadomoÊci na ca∏ej d∏ugoÊci po∏àczenia
mi´dzy neuronami, a nie tylko w pobli˝u synaps,
gdzie znajdujà si´ neuromediatory.

a

b

c

d

do komórek Schwanna zosta∏ wi´c zabloko-
wany, poniewa˝ nie dotar∏y do nich czàstecz-
ki ATP.

MogliÊmy wi´c uznaç, ˝e ATP uwolniony

z aksonu rzeczywiÊcie stymulowa∏ nap∏yw
jonów wapnia do komórek Schwanna. Meto-
dami analizy biochemicznej oraz mikroskopii
cyfrowej stwierdziliÊmy, ˝e w wyniku nap∏y-
wu jonów wapnia do cytoplazmy sygna∏y
z b∏ony komórkowej dociera∏y równie˝ do
jàdra b´dàcego „magazynem genów”, powo-
dujàc w∏àczenie niektórych z nich. Zdumie-
wajàce by∏o to, ˝e potencja∏ czynnoÊciowy
przemieszczajàcy si´ wzd∏u˝ aksonu móg∏
byç jednoczeÊnie poleceniem zmiany ekspre-
sji genów w komórce glejowej, wp∏ywajàc
tym samym na jej dzia∏anie.

Nadzorcy neurogleju

DOÂWIADCZENIA

, które wykonaliÊmy, doprowa-

dzi∏y nas do wniosku, ˝e komórka neurogleju
odbiera aktywnoÊç neuronów, wykrywajàc
ATP wydostajàce si´ z synapsy lub te˝ uwolnio-
ne podczas przejÊcia potencja∏u czynnoÊciowe-
go wzd∏u˝ aksonu. Uzyskana wiadomoÊç jest
przesy∏ana w komórkach glejowych za pomo-
cà jonów wapnia. Aktywujà one enzymy
uwalniajàce ATP do innych komórek glejo-
wych lub kontrolujàce ekspresj´ genów.

Spostrze˝enie to sprawi∏o, ˝e zadaliÊmy

sobie kolejne pytanie: jakie funkcje mogà byç
kontrolowane przez te geny i czy sprawiajà
one, ˝e neuroglej wp∏ywa na okoliczne neu-
rony? Na tak postawione pytanie odpowiedê
przynios∏y badania Stevens, która skupi∏a si´
na procesie wytwarzania os∏onki mielinowej
wokó∏ aksonów. Taka izolacja ma zasadni-
cze znaczenie dla bardzo szybkiego przewo-
dzenia impulsów nerwowych na du˝à odle-
g∏oÊç. Stopniowy wzrost os∏onki mielinowej
umo˝liwia niemowl´ciu coraz sprawniejsze
unoszenie g∏ówki, jeÊli jednak os∏onka ule-
gnie zniszczeniu, na przyk∏ad w wyniku
stwardnienia rozsianego, powoduje to po-
wa˝ne upoÊledzenie sprawnoÊci fizycznej.

Zaj´liÊmy si´ os∏onkà mielinowà, poniewa˝

ciekawi∏o nas, skàd niedojrza∏a komórka
Schwanna znajdujàca si´ na aksonie obwo-
dowego uk∏adu nerwowego p∏odu lub nie-
mowl´cia wie, które wypustki wymagajà mie-
linizacji i kiedy jà rozpoczàç. Interesujàce by∏o
tak˝e to, jak dowiaduje si´ ona, ˝e powinna
przekszta∏ciç si´ w komórk´, która nie b´dzie
wytwarza∏a izolacji. Na ogó∏ jedynie grube ak-
sony potrzebujà os∏onki mielinowej. Czy na de-
cyzj´ o mielinizacji wp∏ywajà impulsy prze-
chodzàce przez akson, czy te˝ uwalnianie
ATP? W badaniach prowadzonych na kultu-
rach tkankowych zaobserwowaliÊmy, ˝e ko-
mórki Schwanna skupione wokó∏ pobudzo-
nych aksonów namna˝ajà si´ wolniej ni˝ te,
które otaczajà milczàce lub rzadziej pobudza-
ne nerwy. Co wi´cej, stwierdzono, ˝e komór-
ki Schwanna po∏o˝one wokó∏ cz´sto pobudza-
nych w∏ókien rozwija∏y si´ s∏abiej, a proces
wytwarzania mieliny ustawa∏. Podobny sku-
tek wywiera∏o dodawanie ATP.

Dzi´ki wspó∏pracy z zespo∏em Vittoria Gal-

la z sàsiedniego laboratorium NIH stwier-
dziliÊmy, ˝e zupe∏nie inaczej zachowujà si´
oligodendrocyty neurogleju wytwarzajàce
os∏onk´ wokó∏ aksonów w mózgu. ATP nie ha-
mowa∏ ich proliferacji w przeciwieƒstwie
do adenozyny, czàsteczki powstajàcej po od∏à-
czeniu reszt fosforanowych od ATP, która po-
budza∏a dojrzewanie komórek i wytwarzanie
przez nie mieliny. Odkrycia te sugerujà istnie-
nie odmiennych receptorów czàsteczek sy-
gna∏owych w neurogleju oÊrodkowego i ob-
wodowego uk∏adu nerwowego, zapewniajàce
im odmienny sposób odbioru ró˝nych wiado-
moÊci wysy∏anych przez neurony, bez potrze-
by u˝ywania przez nie oddzielnych czàsteczek
neuroprzekaênika i okreÊlania celu przekazu.

Istotne jest dok∏adniejsze poznanie procesu

mielinizacji w∏ókien nerwowych, poniewa˝
jego zaburzenia, polegajàce na nieprawid∏o-
wym kszta∏towaniu si´ os∏onek mielinowych
lub na rozpadzie prawid∏owych, prowadzà
do tzw. chorób demielinizacyjnych. Co roku
ich skutkiem jest Êmierç tysi´cy i parali˝ lub
Êlepota niezliczonej liczby osób. Choroby
demielinizacyjne nie sà rzadkoÊcià. Na stward-
nienie rozsiane (SM – sclerosis multiplex)
zapada na przyk∏ad jedna osoba na 700. Do-
k∏adnie nie wiadomo, co zapoczàtkowuje mie-
linizacj´, a pierwszà wykrytà substancjà po-
budzajàcà ten proces by∏a adenozyna. Fakt
uwalniania jej podczas wy∏adowania aksonu
oznacza, ˝e aktywnoÊç mózgu rzeczywiÊcie
wp∏ywa na mielinizacj´. Spostrze˝enie to mo-
˝e wyznaczaç ca∏kiem nowà drog´ prowadzà-
cà do opracowania sposobu leczenia chorób
demielinizacyjnych. Pomocne mogà byç leki
przypominajàce czàsteczk´ adenozyny. Okaza-

32

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

ZA ZGODÑ R

. DOUGL

ASA FIELDSA. èRÓD¸

O: MA

TERIA¸

Y U

ZUPE¸NIAJÑCE R

. D. FIELDS I

B. STEVENS-

GRAHAM;

SCIENCE, TOM 298, SR

. 556-562; 18 X

2002. WYK

ORZYST

ANO ZA ZGODÑ A

U

TORÓW

JAK NEUROGLEJ komunikuje si´ z neuronami?
Komórki glejowe zwane astrocytami i neurony
czuciowe zmieszano ze sobà w po˝ywce
hodowlanej zawierajàcej jony wapnia (a).
Nast´pnie pobudzono neuron, tak by wyzwoli∏
potencja∏y czynnoÊciowe wzd∏u˝ aksonu
widocznego jako jasne paseczki (b), co sprawi∏o,
˝e komórki neurogleju zacz´∏y Êwieciç. Oznacza to,
˝e wyczuwajà one wiadomoÊç przesy∏anà przez
komórk´ nerwowà, zaczynajàc pobieraç wapƒ.
Po up∏ywie 10 i 12 s (c i d) du˝a fala jonów
wapnia przetoczy∏a si´ przez ca∏y obszar hodowli,
przenoszàc sygna∏ pomi´dzy wieloma astrocytami.
Kolejne barwy: od zielonej przez ˝ó∏tà
a˝ do czerwonej, odpowiadajà coraz
wi´kszemu st´˝eniu jonów wapnia.

a

b

c

d

∏o si´, ˝e dodanie adenozyny do komórek ma-
cierzystych mo˝e wywo∏aç ich przekszta∏ce-
nie w neuroglej majàcy zdolnoÊç mielinizacji,
a wi´c taki, który mo˝na b´dzie wszczepiç
do uszkodzonych nerwów.

Poza neuronami

DOÂWIADCZENIA

prowadzone w naszym i in-

nych laboratoriach na Êwiecie Êwiadczà
o tym, ˝e w przep∏ywie wiadomoÊci przez
sieç komórek Schwanna i oligodendrocytów
neurogleju poÊredniczà ATP i adenozyna oraz
˝e zmiany zawartoÊci jonów wapnia w astro-
cytach wywo∏uje jedynie ATP. Ale czy neuro-
glej mo˝e regulowaç czynnoÊç neuronów ina-
czej, ni˝ tylko wytwarzajàc mielin´?

Wiele przes∏anek sugeruje, ˝e odpowiedê

brzmi: tak. Richard Robitaille z University of
Montreal zaobserwowa∏, ˝e napi´cie wytwa-
rzane na synapsach mi´Êni ˝aby zwi´ksza si´
lub s∏abnie zale˝nie od rodzaju zwiàzku
chemicznego wstrzykiwanego do komórek
Schwanna le˝àcych tu˝ przy synapsie. Z kolei
Eric A. Newman z University of Minnesota
zauwa˝y∏, ˝e po dotkni´ciu siatkówki szczura
fale jonów wapnia wysy∏ane przez neuroglej
zmienia∏y cz´stoÊç powstawania potencja∏u
czynnoÊciowego na neuronach wzrokowych.
Wreszcie Maiken Nedergaard z New York Me-
dical College, badajàc skrawki mózgu szczu-
ra pobrane z hipokampa, struktury odpowie-
dzialnej za powstawanie pami´ci, obserwowa∏
wzrost aktywnoÊci elektrycznej synaps, jeÊli
sàsiednie astrocyty by∏y pobudzane jonami
wapnia. Takie wzmocnienie aktywnoÊci sy-
naptycznej uwa˝a si´ za fundamentalny spo-
sób zmiany odpowiedzi uk∏adu nerwowego
pod wp∏ywem nabywanego doÊwiadczenia.
Zjawisko to okreÊla si´ mianem plastycznoÊci
uk∏adu nerwowego. Wyniki eksperymentów
wskazujà na mo˝liwoÊç udzia∏u neurogle-
ju w procesie uczenia si´.

Z obserwacji tych wy∏oni∏a si´ jeszcze jed-

na kwestia. Podobnie jak rozradowani kibice
unoszàcy si´ w meksykaƒskiej fali, tak jony
wapnia rozprzestrzeniajà si´ w ca∏ej popula-
cji astrocytów. Dzia∏anie na tak wielkà skal´
zapewnia skuteczne kierowanie du˝à grupà
komórek, nie s∏u˝y zaÊ do przekazywania po-
jedynczej, bardzo z∏o˝onej wiadomoÊci. Ko-
menda „start”, podobna do wydawanej uczest-
nikom maratonu, mo˝e byç przydatna w
koordynowaniu ogólnej aktywnoÊci mózgu
podczas cyklu sen–czuwanie lub podczas ata-
ku padaczki. JeÊli jednak neuroglej ma uczest-
niczyç w pe∏nym zawi∏oÊci przetwarzaniu in-
formacji, konieczne sà „rozmowy lokalne”.

Smith wraz ze wspó∏pracownikami w przy-

pisie do artyku∏u z 1990 roku wyrazi∏ przeko-
nanie, ˝e neurony i neuroglej prowadzà dys-

kretnà konwersacj´. Badacze wcià˝ nie mieli
jednak wystarczajàco dok∏adnie opracowa-
nych metod doÊwiadczalnych, by dostarczaç
neuroprzekaênik do astrocytu znajdujàcego
si´ bezpoÊrednio przy synapsie w sposób
przypominajàcy naturalnie wys∏anà infor-
macj´. Cel ten uda∏o si´ wreszcie osiàgnàç
w 2003 roku, kiedy to Philip G. Haydon z
University of Pennsylvania, pos∏ugujàc si´
udoskonalonà technikà laserowà, podawa∏
do skrawków hipokampa na tyle ma∏à iloÊç
glutaminianu, ˝e móg∏ jà wykryç tylko poje-
dynczy astrocyt. Okaza∏o si´, ˝e komórka,
która odebra∏a informacj´, wysy∏a∏a sygna∏y

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

33

LE TIAN I

WESLEY THOMPSON

NEUROGLEJ A SYNAPSY

NAUKOWCY od lat przyjmowali, ˝e jedynie neurony decydu-
jà o po∏àczeniach mi´dzy sobà. Dowody wskazujà jednak, ˝e
neuroglej mo˝e mieç silny wp∏yw zarówno na liczb´, jak
i na miejsce wytwarzania synaps przez neurony.

Ben A. Barres i jego wspó∏pracownicy ze Stanford Univer-

sity stwierdzili, ˝e neurony siatkówki szczura rosnàce w po˝yw-
ce pozbawionej komórek neurogleju (astrocytów) tworzà bar-
dzo ma∏o synaps. Dodanie do hodowli astrocytów lub po˝ywki,
która mia∏a z nimi kontakt, powodowa∏o obfite wytwarzanie
synaps. Barres móg∏ je policzyç pod mikroskopem, a tak˝e
wykryç ich obecnoÊç, rejestrujàc za pomocà mikroelektrody ich
aktywnoÊç elektrycznà, b´dàcà oznakà przep∏ywu sygna∏ów
przez synapsy. W po˝ywce wykry∏ dwie substancje chemicz-
ne, które uwalniane przez astrocyty stymulujà wytwarzanie
synaps: kompleks t∏uszczowy apoE/cholesterol i bia∏ko trom-
bospondyn´.

Tymczasem zespó∏ Jeffa W. Lichtmana z Washington Univer-

sity przez kilka tygodni rejestrowa∏ aktywnoÊç synaps mi´Ênio-
wych myszy w miar´ ich powstawania i usuwania niepotrzebnych
lub uszkodzonych. Uzyskane obrazy, sklejone klatka po klatce
na taÊmie filmowej, ukaza∏y, ˝e na proces wytwarzania i elimi-
nacji synaps wp∏ywajà komórki nieb´dàce neuronami.

Ca∏kiem niedawno zespó∏ kierowany przez Le Tiana i Wesleya

Thompsona z University of Texas w Austin prowadzi∏ doÊwiad-
czenia na myszach zmodyfikowanych w taki sposób, ˝e ich ko-
mórki Schwanna wykazywa∏y samoistnà fluorescencj´. Thomp-
son wspó∏pracujàcy z zespo∏em Lichtmana móg∏ dzi´ki temu
obserwowaç dzia∏anie komórek neurogleju znajdujàcych si´ wo-
kó∏ synaps ∏àczàcych neurony z mi´Êniami, co wczeÊniej by-
∏o niemo˝liwe. Po uszkodzeniu lub przeci´ciu b∏ony aksonu
fluorescencja zanika∏a, lecz skupisko receptorów neurome-
diatora pozostawa∏o po odbiorczej stronie synapsy. Badacze
zdawali sobie spraw´ z mo˝liwoÊci regeneracji aksonu i zna-
lezienia przezeƒ drogi do opuszczonych receptorów, Êladem
znajdujàcych si´ tam komórek Schwanna.

Co dzieje si´ jednak, jeÊli akson nie potrafi odnaleêç w∏aÊci-

wej drogi? Thompson, obserwujàc zmiany we fluorescencji, wy-
kry∏, ˝e komórki Schwanna w nietkni´tych synapsach czujà,
˝e sàsiednie po∏àczenie nie funkcjonuje prawid∏owo. W tajemniczy sposób komórki Schwan-
na wypuszcza∏y odga∏´zienia si´gajàce do uszkodzonej synapsy. Powstawa∏ z nich mostek,
wzd∏u˝ którego z aksonu mog∏a rosnàç nowa wypustka si´gajàca receptorów znajdujàcych
si´ po drugiej stronie synapsy (zdj´cia).

DoÊwiadczenie to wyraênie pokazuje, ˝e neuroglej pomaga ustaliç miejsce tworzenia po-

∏àczenia synaptycznego. Obecnie badacze próbujà wykorzystaç t´ jego w∏aÊciwoÊç w le-
czeniu urazów rdzenia kr´gowego, przeszczepiajàc komórki Schwanna do rejonu uszko-
dzenia u zwierzàt doÊwiadczalnych.

NEUROGLEJ mo˝e kierowaç
wytwarzaniem synaps. Udo-
wodni∏ to neurobiolog Le Tian,
przecinajàc synaps´ nerwowo-
-mi´Êniowà myszy, której ko-
mórki zmodyfikowano tak, by
cechowa∏a je samoistna fluore-
scencja. Dwa dni póêniej (gór-
ne zdj´cie) komórki Schwanna
(ciemnoczerwony) wytworzy∏y
mostek nad przeci´ciem (strza∏-
ka). Po kolejnych dwóch dniach
(dolne zdj´cie) akson (zielony)
zaczà∏ odrastaç wzd∏u˝ most-
ka, odtwarzajàc synaps´.

wapniowe jedynie do niewielu pobliskich
astrocytów. Haydon wykaza∏ wi´c, ˝e oprócz
fal wapnia wp∏ywajàcych na stan ogó∏u astro-
cytów „mi´dzy komórkami dzia∏a tak˝e ∏àcz-
noÊç krótkiego zasi´gu”.

Innymi s∏owy, choç nieznane sà jeszcze

czynniki fizyczne ani biochemiczne dok∏ad-
nie okreÊlajàce po∏àczenia mi´dzy astrocyta-
mi, ju˝ dziÊ mo˝na uznaç, ˝e subtelne obwo-
dy czynnoÊciowe astrocytów w mózgu sà
skoordynowane z aktywnoÊcià obwodów neu-
ronalnych. Wyniki uzyskane przez innych ba-
daczy tak˝e wskazujà na to, ˝e astrocyty mo-
gà wzmacniaç sygna∏y przesy∏ane przez
synapsy, wydzielajàc taki sam neuromedia-
tor, jaki uwalnia si´ z zakoƒczenia aksonu.

Wspólnie z zespo∏em Haydona przedsta-

wiliÊmy roboczà hipotez´. Zak∏ada∏a ona, ˝e
komunikacja mi´dzy astrocytami pomaga
w aktywacji neuronów, których zakoƒczenia
aksjonalne po∏o˝one sà doÊç daleko od cia∏a
komórki. Ich aktywnoÊç przyczynia si´ z ko-
lei do uwalniania neuromediatora na odle-
g∏ych synapsach. Zjawisko to mo˝e regulo-
waç zmian´ si∏y po∏àczeƒ synaptycznych,
która jest podstawowym mechanizmem ko-
mórkowym odpowiedzialnym za procesy
uczenia si´ i zapami´tywania.

Z pomocà astrocytów

WYNIKI BADA

¡

przedstawione w listopadzie 2003

roku na dorocznym zjeêdzie Society for Neu-
roscience nie tylko potwierdza∏y t´ hipotez´,
ale nawet poszerza∏y rol´ neurogleju o udzia∏
w wytwarzaniu nowych synaps [ramka
na poprzedniej stronie]. W eksperymentach pro-
wadzonych dwa lata wczeÊniej Ben A. Barres
i Frank W. Pfrieger ze wspó∏pracownikami ze
Stanford University zauwa˝yli, ˝e neurony
szczura w obecnoÊci astrocytów wytwarzajà
wi´cej synaps. Pracujàcy w laboratorium Bar-
resa Karen S. Christopherson i Erik M. Ullian
wyjaÊnili póêniej, ˝e przekaênikiem chemicz-
nym indukujàcym to zjawisko jest trombospon-
dyna, bia∏ko pochodzàce prawdopodobnie
z astrocytów. Mimo ˝e znali z∏o˝onà rol´ bio-
logicznà tego bia∏ka, nie sàdzili, ˝e pe∏ni ono
wa˝nà funkcj´ tak˝e w uk∏adzie nerwowym,
jednak im wi´cej trombospondyny dodawali

do hodowli astrocytów, tym wi´cej pojawia∏o
si´ nowych synaps. Wydaje si´, ˝e trombospon-
dyna odpowiada za gromadzenie si´ bia∏ek,
a tak˝e czàsteczek innego typu potrzebnych
do wytworzenia synaps podczas rozrastania
si´ sieci m∏odych nerwów, ale mo˝e te˝ braç
udzia∏ w modyfikacji synaps w miar´ ich
dojrzewania.

Przysz∏e eksperymenty mogà zwi´kszyç doÊç

skromnà teraz wiedz´ o tym, jak neuroglej
moduluje dzia∏anie naszego mózgu. Wyzwa-
niem dla badaczy b´dzie m.in. wykazanie, ˝e
astrocyty synaptyczne wp∏ywajà na pami´ç lub
jej komórkowy odpowiednik, taki jak d∏u-
gotrwa∏e wzmocnienie synaptyczne. Wa˝ne
b´dzie tak˝e dok∏adne ustalenie, jak sygna-
∏y wysy∏ane przez obwody astrocytów mogà
wp∏ywaç na funkcjonowanie odleg∏ych synaps.

To, ˝e astrocyty mogà uczestniczyç w wy-

twarzaniu odleg∏ych synaps, nie powinno byç
zaskoczeniem. Aby po∏àczyç bodêce przetwa-
rzane przez ró˝ne obwody nerwowe – na przy-
k∏ad odbierajàce woƒ perfum i uczucia do
osoby, która nimi pachnie – mózg musi mieç
sposoby nawiàzania szybkiej komunikacji mi´-
dzy komórkami, mimo ˝e nie sà bezpoÊrednio
po∏àczone wypustkami. Neurony mo˝na po-
równaç do telefonów stacjonarnych komuniku-
jàcych si´ za poÊrednictwem sta∏ych ∏àczy, któ-
rymi sà synapsy. Astrocyty natomiast sà niczym
telefony komórkowe, wysy∏ajà bowiem sygna-
∏y chemiczne, co prawda o szerokim zasi´gu,
ale odbierane tylko przez astrocyty majàce
odpowiednie receptory nastawione tylko na
ich odbiór. Je˝eli sygna∏y mogà rozprzestrze-
niaç si´ przez kolejne obwody astrocytów,
wówczas neuroglej jednej okolicy móg∏by po-
budzaç neuroglej w odleg∏ych miejscach, ko-
ordynujàc w ten sposób potencja∏y czynnoÊcio-
we sieci nerwowych w ca∏ej tkance.

Z badaƒ porównawczych prowadzonych

na mózgach zwierzàt ró˝nych gatunków
wynika, ˝e stosunek iloÊciowy neurogleju
do neuronów jest tym wi´kszy, im wy˝szy
szczebel drabiny ewolucyjnej zajmuje dany
gatunek. Haydon zastanawia si´, czy silne
rozbudowanie sieci po∏àczeƒ astrocytów
przek∏ada si´ na wi´kszà zdolnoÊç uczenia
si´. Trwajà w tej chwili eksperymenty mo-
gàce zweryfikowaç t´ hipotez´. Byç mo˝e
to wi´ksza liczba komórek glejowych lub ich
wi´kszy potencja∏ w przetwarzaniu informa-
cji sprawia, ˝e niektórzy ludzie sà geniusza-
mi. Einstein uzmys∏owi∏ nam, jak wielkà war-
toÊç ma myÊlenie niestereotypowe. W∏aÊnie
dzi´ki takiemu myÊleniu neurofizjolodzy do-
strzegli, ˝e w procesie przetwarzania infor-
macji w uk∏adzie nerwowym wa˝nà rol´
odgrywajà nie tylko neurony, ale równie˝ ko-
mórki glejowe.

n

34

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

Driving Mr. Albert: A Trip across America with Einstein’s Brain. Michael Paterniti; Delta,

2001.

New Insights into Neuron-Glia Communication. R. D. Fields i B. Stevens-Graham: Science,

tom 298, s. 556-562; 18 X 2002.

Adenosine: A Neuron-Glial Transmitter Promoting Myelination in the CNS in Response to Ac-

tion Potentials. B. Stevens, S. Porta, L. L. Haak, V. Gallo i R. D. Fields; Neuron, tom 36,
nr 5, s. 855-868; 5 XII 2002.

Astrocytic Connectivity in the Hippocampus. Jai-Yoon Sul, George Orosz, Richard S. Givens

i Philip G. Haydon; Neuron Glia Biology, tom 1, s. 3-11; 2004.

Patrz tak˝e Neuron Glia Biology na stronie: www.journals.cambridge.org/jid_NGB

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ