Chromaffin sejtek: a perifériás agy

A chromaffin sejtek alkotják az emberi szervezet talán legérdekesebb sejtrendszerét. Szoros rokonságban állnak a szimpatikus neuronokkal, és az egyik legintenzívebben tanulmányozott neurális gerincszármazék. Az endokrin és az idegrendszer evolúciós hibridjeként modellként szolgáltak a neurofiziológia, a szabályozott szekréció és a farmakológia alapvető mechanizmusainak feltárására. Így a mellékvese kromaffinsejtjei a perifériás agynak tekinthetők, mivel néhány alapvető mechanizmusuk megegyezik a neuronokkal: (1) elektromos és kémiai jellegű bemeneteket fogadnak; (2) képesek dekódolni és felismerni ezeket a jeleket; (3) rendelkeznek a válaszok, például a katekolaminok és más hírvivő anyagok felszabadulásának létrehozására és kidolgozására szolgáló gépezetekkel. Összefoglalva, a kromaffin sejtek, mint például egy neuron, olyan szekréciós sejtnek tekinthetők, amely a sejttesttől nagy távolságra bocsátja ki szekrécióját, ahol makromolekulák szintetizálódnak, gyors kommunikációt biztosítanak a test egymástól távol eső részei között. Ezenkívül a mellékvesekéreg a kromaffinsejtjeivel a katecholaminok felszabadításán keresztül az összes fontosabb szervvel, így a szívvel, az érrendszerrel, a tüdővel, a vesével és az agyval való kommunikációt szolgálja.

Még fontosabb, hogy egy könnyen hozzáférhető perifériás szerv központjában elhelyezkedő kromaffinsejtek hosszú évek óta ablakként szolgálnak az agy működésére. A kromaffin sejtek modellként szolgáltak a neurokémiai átvitel alapkoncepciójának azonosításához. Az első szekréciós organellákat a kromaffin sejtekből izolálták, és a kromaffin vezikulák szolgáltak a neurotranszmitter-tartalmú vezikulák modelljeként. Az exocitózis folyamatában részt vevő fő vezikulához kapcsolódó fehérjék közül sokat jellemeztek a kromaffin vezikulákban.1, 2, 3, 4, 5

A kromaffin sejtek azonos ektodermikus (neurális gerinc) eredetűek, az úgynevezett Erspamer-háromszög (bőr, bél és agy) részei, amelyek ugyanazokkal a neurotranszmitterekkel, neuropeptidekkel, transzdukciós mechanizmusokkal rendelkeznek.6 A neuropeptid és monoamin neurotranszmitter rendszerek fiziológiájának és patofiziológiájának mai megértése nagyrészt a kromaffin sejtes modellrendszereket felhasználó vizsgálatoknak köszönhető. A Greene és Tischler7 által több mint 35 évvel ezelőtt kifejlesztett patkány feokromocitóma (PC12) sejtvonal ma is az egyik legjobban tanulmányozott, és a mai napig hatékony modell a neuronális rendszerek megértéséhez. Ez a sejtvonal és más kromaffin modellrendszerek különösen hasznosak az exocitotikus mechanizmusok tanulmányozására, beleértve az ioncsatornák működését, a vezikuláris dinamikát és az inger-szekréciós kapcsolást. Az elektrofiziológia kapcsolódó módszertani fejlődését, a patch clamp kifejlesztésétől kezdve az elektrofiziológiai és elektrokémiai módszereket kombináló kifinomultabb technikákig (például a patch-ampermetria) nagymértékben elősegítette az ilyen modellrendszerek rendelkezésre állása.

A macska in situ perfundált mellékveséjében különböző receptoros ingerek (acetilkolin, nikotin, dimetilfenil-piperazimium stb.) alkalmazásával egyértelműen kimutatták, hogy a kromaffin sejtek két különböző neuroszekréciós granulummal rendelkeznek (a noradrenerg és az adrenerg), így kizárva azt az elképzelést, hogy a noradrenerg sejtek a prekurzor sejtek, amelyekben a feniletanolamin-N-metiltranszferáz funkciója révén adrenerg kromaffin sejtekké alakulnak. Ráadásul agyi szinten is a D-amfetamin különösen fokozza a noradrenalin felszabadulását.8, 9

A neurális fejlődési folyamatok jobb megértése mellett a kromaffin sejtes rendszerek rendkívül fontosak a neurodegeneratív folyamatok, a tumorigenezis és a gyógyszerfejlesztés vizsgálatában.

Mégis a kromaffin sejteknek a katecholaminerg neuronokkal való szoros kapcsolata miatt még a neurodegeneratív agyi betegségek, például a Parkinson-kór kezelésére is felhasználták őket.10 1988 és 2001 között >300 parkinsonos beteget kezeltek autológ mellékvesetranszplantációval, a klinikai tünetek némi javulásával. A beültetett felnőtt kromaffin sejtek túlélési aránya azonban csak rövid távú volt, és a klinikai javulás 1-2 évvel a transzplantáció után eltűnt.11, 12 A felnőtt mellékvesekéreg alkalmazásának komoly korlátja valószínűleg a legtöbb átültetett sejt posztmitotikus jellege volt.

Az endokrinológusok ugyanakkor számos központi felszabadító hormon és neuropeptid szerepét vizsgálták a kromaffin sejtrendszerben.13 Érdekes módon a mellékvesekéreg a periférián hasonló neuropeptideket fejez ki, amelyek az agyban is előfordulnak és részt vesznek a stressz szabályozásában, az energia homeosztázisban, a szorongásban és a fájdalomban.14, 15 Az ektopikus hormontermelés fogalmát többek között ezekben a sejtekben írták le és finomították. Ez magában foglalja a kortikotropin-felszabadító hormon, az adrenokortikotropin, a pro-opiomelanokortin és más neuropeptidek kifejeződését a mellékvesekéregben. Az endokrin sejtek intenzív crosstalkja, az endokrin kommunikáció parakrin és neurokrin útjai különösen a mellékvesében jöttek létre.16 Itt is a mellékvese komplex, de hozzáférhető mikrokörnyezete utánozza az agy mikrokörnyezetét a neuronális struktúrák és a különböző endokrin sejttípusok crosstalkja tekintetében.17 Továbbá az agyban előforduló szteroidok és neuroszteroidok hatását széles körben tanulmányozták a kromaffinsejtes rendszerekben.18, 19 A mellékvese kérgi és medulláris része közötti szoros kölcsönhatást már régóta bizonyították. A mellékvese glükokortikoidok bioszintézisének gátlása a specifikus inhibitor aminoglutetimiddel ugyanis mind macskában, mind patkányban a katekolaminok jelentős csökkenését határozta meg medulláris szinten, a kétféle kromaffinsejt közötti változások nélkül. A glükokortikoidok tehát kettős mechanizmuson keresztül fejtik ki megengedő szerepüket a kromaffin rendszerre, egy közvetlen a kromaffin sejteknél és egy közvetett a CRH felszabadulás gátlásán keresztül a hipotalamusz szintjén.20, 21

Míg a perifériás nitrogén-oxid rendszer a mellékvesekéregben fordul elő, addig a kromaffin sejtek az agy nitrogén-oxid rendszerét fejezik ki. Így a kromaffin sejtekben azonosították a nitrogén-oxid szabályozás alapvető mechanizmusait mind a neuronok, mind az endokrin sejtek esetében.22 Hasonlóképpen, az agyalapi mirigy és a mellékvesekéreg tartalmazza a legnagyobb mennyiségű C-vitamint az emberi szervezetben, és a kromaffin sejtekben azonosították a C-vitamin felvételének és a neurotranszmitterek szabályozásának mechanizmusait.23

Az idegnövekedési faktor (NGF) széleskörű szerepét az élő szervezetben először a mellékvesekéregben fedezték fel.24 Sőt, Unsicker és mtsai.25 annak idején a Johns Hopkins Egyetemen azt találták, hogy a mellékvese medullából nyert éretlen kromaffin sejtek NGF jelenlétében tenyésztve a szimpatikus neuronok biokémiai és morfológiai tulajdonságait szerzik meg.

Az Aloe és Levi-Montalcini26 által a római CNR (Olasz Kutatási Tanács) sejtbiológiai laboratóriumában végzett kísérletek továbbá in vivo kimutatták, hogy az NGF patkánymagzatba történő és a születést követően 3 hétig tartó alkalmazása a mellékvesében a kromaffin sejtek szimpatikus neuronokká történő differenciálódását indukálta. Ez egyértelműen megállapította, hogy az NGF-nek sokkal szélesebb körű szerepe van az élő szervezetekben, mint azt eddig feltételezték.

A központi medulla térfogata jelentősen megnőtt a mellékvesesejtek szimpatikus neuronokká történő differenciálódása következtében, amelyek nagyszámú, széles elágazású rostot hajtanak ki.

A kromaffinsejtek rendszerének a múltban betöltött kiemelkedő szerepére való tekintettel hiba lenne, ha nem használnánk fel a rendszert az agykutatás aktuális kérdéseiben.

Az agy neurodegeneratív betegségei esetében is a regeneratív medicina új korszakába léptünk. A kromaffin sejtek ismét vezető szerepet játszhatnak a regeneráció néhány olyan mechanizmusának feltárásában, amelyek hasonló módon vonatkoznak a bonyolultabb központi idegrendszeri (CNS) rendellenességekre. A kromaffin sejtvonalakat jelenleg az NGF Alzheimer-kórban betöltött szerepének feltárására használják. A kromaffin granulumokból származó fehérjék valóban elősegítik a neuronok túlélését,27 ami számos ismert vagy még ismeretlen neurotrofin faktornak köszönhető. Így a differenciált PC12 sejtek NGF-elvonása amiloid-β peptidek túltermelését okozta, amelyek a legmérgezőbb fehérjefragmentumok, amelyek közvetlenül érintettek az Alzheimer-kór kialakulásában, egyidejűleg apoptózis általi sejthalállal.28 Az NGF-elvonás és az amiloidogén útvonal aktiválása közötti szoros kapcsolatot kiterjesztették a hippokampusz neuronjaira is.29 Ezek a vizsgálatok a TrkA, a nagy affinitású NGF-receptor egy új tulajdonságát tárták fel. Az NGF megvonásakor a TrkA a prosurvivalensről proapoptotikus sejtszignálrendszerre vált. Ésszerű a feltételezés, hogy ez a tulajdonság az NGF-receptort hordozó kromaffin neuronokban is működik, és ezekben a sejtekben a sejtszignál-mechanizmusok új útjait rejti.29

Az NGF az endoplazmatikus retikulum stressz során is elősegíti a sejtek túlélését PC12 sejtekben.30 Ezenkívül a PC12 sejteket ma már széles körben használják számos más neurotrofikus és neuroprotektív peptid hatásának és jelátviteli útvonalainak vizsgálatára az agy regenerációjában. Ide tartozik az agyalapi mirigy adenilát-cikláz aktiváló polipeptid,31, 32 a 733 csontmorfogenetikus fehérje és az agyi dopamin neurotrófikus faktor,34 amely helyreállíthatja a dopaminerg neuronokat az agy degeneratív betegségeiben, például a Parkinson-kórban. A BDNF gén szekvencia-változásait összefüggésbe hozták a major depresszióval és az antidepresszáns kezelés sikerességével,35 és a BDNF szerepét az antidepresszánsok neuroprotektív szerepének közvetítésében nemrégiben vizsgálták kromaffin sejtvonalakban.36

Egyre több bizonyíték utal továbbá arra, hogy a felnőtt mellékvesekéregben multipotens neurális gerincből származó progenitor sejtek léteznek.37 Nemrégiben történt azonosításuk és izolálásuk38 új reményeket ébreszt a neurodegeneratív betegségek, például a Parkinson-kór regeneratív kezelésében való potenciális felhasználásukkal kapcsolatban.39, 40, 41 A kromaffin progenitor sejtek jelentős tulajdonságokban osztoznak a neurális őssejtekkel. A neuroszférákhoz hasonlóan, ha megakadályozzák a tenyészcsészéhez való tapadást, a kromaffin progenitor sejtek önmegújító képességű gömbökben növekednek, amelyeket kromoszféráknak neveztünk el. Ezek expresszálják a neurális progenitor markereket, a nestint, a vimentint, a musashi 1-et és az NGF-receptort, valamint a Sox1 és Sox10,38 a Mash137 és a Notch-útvonal fehérjéit (Vukicevic és munkatársai, átdolgozás alatt). Továbbá képesek érett katecholaminerg neuronokká38 differenciálódni (Vukicevic és munkatársai, felülvizsgálat alatt). Hasonlóan a differenciálódó neurális őssejtekhez, ahol a Notch a neurális őssejtek fenntartásának kulcsfontosságú szabályozója a fejlődő idegrendszerben42, 43 , a kromoszférasejtek neuronális differenciálódás felé történő elmozdulását a neurális progenitor markerek, köztük a Notch-2, Hes (hairy and enhancer of split) 1, Hes 5 és nestin csökkenése kíséri (Vukicevic és munkatársai, felülvizsgálat alatt).

Végezetül nem szabad elfelejteni, hogy az enterochromaffin sejtek szintén a neurális gerincből származnak, és azt a helyet képviselik, ahol Vittorio Erspamer az 1930-as években felfedezte az enteramint,44 amelyet később a CNS-ben jelen lévő szerotoninnal (5-HT)45 azonosnak találtak.46 A szakirodalomban számos olyan közlemény található, amelyek azt mutatják, hogy más neurotranszmitterek, neuropeptidek és az agyban jelenlévő azonos transzdukciós mechanizmusok a gasztrointesztinális kromaffin sejtekben is léteznek, ahol fontos szerepük van.47

A chromaffin sejtek és az agyi neuronok és azok prekurzor sejtjei tehát hasonló jelátviteli utakon osztoznak, és ismét ideális modellt jelentenek az agyi regeneráció veleszületett útvonalainak és célpontjainak azonosítására.

A felnőttkori CNS endogén regenerációs és javítási potenciálját vizsgáló újabb erőfeszítések nagy nehézségekbe ütköznek, amelyek a rendszer merevségén és a gyógyszerekhez való korlátozott hozzáférésen alapulnak. A vér-agy gát korlátozza a szisztémásan vizsgálható tényezők számát, és olyan invazív alternatívákat tesz szükségessé, mint az agyba történő közvetlen injekciók. A merevség a finom plaszticitásból ered, amely valószínűleg a homeosztázis és a memória megőrzésének eszköze. A mellékvese ezzel szöges ellentétben egy figyelemre méltóan plasztikus szerv, amely számos fizikai és érzelmi stresszre markánsan reagál. Az állapotváltozást kutató tudósok számára a mellékvese kiváló eszköztár. Ezen belül a kanári a szénbányában a kromaffin sejt és annak elősejtje. A fizikai és érzelmi inzultusok könnyen felmérhető és manipulálható módon változtatják meg e sejtek működését, tulajdonságait és számát. Az idegtudományok szempontjából közvetlen a kapcsolat: a kromaffin prekurzor sejtek számos közös jellemzőt mutatnak jóhiszemű CNS testvéreikkel; nagyjából ugyanúgy tenyészthetők (1. ábra), számos közös markert fejeznek ki, beleértve a citoszkeleton komponenseit és a transzkripciós faktorokat, és ami kritikus, számos kezelésre hasonlóan reagálnak. Az idegtudósok számára a mellékvese mint kutatási rendszer az agy modellje, a vér-agy gáton kívül, fokozott reakciókat mutatva. Ezen belül a kromaffin prekurzor sejtek hozzáférhető és mérhető ablakot jelentenek a CNS neurális őssejtjeinek működésére. Egy olyan időszakban, amikor a tudósok arra törekednek, hogy ne egy szerven belül beskatulyázzák magukat, hanem olyan nyomokat keressenek, amelyek a lehető legtöbb helyen vezetnek új terápiás megközelítésekhez, a kromaffin sejtrendszer kiváló kutatási társ az ezoterikusabb CNS megfelelőjéhez.

A CNS-ben az endogén neurális őssejtek (eNSC-k) szerepe az új neuronok generálásában csak két területen, a hippokampusz szubventrikuláris zónájában és a gyrus dentatusában ismert. Mégis, az eNSC-k populációit felnőtt rágcsálók és főemlősök egész agyában és gerincvelőjében felfedezték. Egy széles körben elterjedt populáció azonosítható a Hes3 transzkripciós faktor expressziója alapján.48 Ezek a megfigyelések felvetették az eNSC-knek a sejtpótláson kívüli más szerepét is. A Hes3 szabályozását egy nem-kanonikus Notch-útvonal-ág végzi, amely a Notch-receptor szekvenciális aktiválását, a jelátviteli molekula signal transducer and activator of transcription 3 foszforilációját a szerin-maradékon és a Hes3 transzkripció indukcióját foglalja magában.49 Más faktorok, amelyek különböző pontokon szabályozzák ezt az útvonalat, beleértve az inzulint,50 a p38MAP- és Janus kinázok gátlóit, a Tie2 receptor ligandum angiopoietin 2 és a koleratoxin51 szintén növelik az őssejtek számát. Külön-külön e faktorok némelyike káros hatással van az érrendszerre (egyesek pro-, mások anti-angiogén hatásúak).52 A Delta4-et, angiopoietin2-t, inzulint és Janus kináz gátlót tartalmazó különleges keverékben kombinálva az eNSC-szám maximális növekedése érhető el minimális érrendszeri mellékhatások mellett. Kísérletes parkinsonizmusban szenvedő patkányoknál ennek a keveréknek az egyszeri injekciója elősegíti az egyébként elpusztuló dopamin neuronok hosszú távú megmentését és a motoros készségek helyreállítását. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az eNSC-k szerepet játszanak a veszélyeztetett neuronok védelmében. Ezen útvonal számos összetevője közös lehet a kromaffinsejtes rendszerrel, és a munka már kimutatta a Notch-receptor és számos közös transzkripciós faktor általános részvételét (lásd fentebb). Ezenkívül a mellékvese erősen vaszkularizált környezete arra utal, hogy az angiogén citokinek szabályozhatják a mellékvesekéreg prekurzor sejtjeit is. Bár a kromaffin prekurzor sejteknek a mellékvesekéreg sejtpótlásában való részvétele megalapozott, a CNS-ből származó adatok arra utalnak, hogy a mellékvesekéregben a kromaffin sejtek további szabályozó és esetleg túlélést elősegítő szerepe még felfedezésre vár.

Összefoglalva, a kromaffin sejtbiológiából mint az agy és az agyi betegségek perifériás modelljéből levont tanulságok minden eddiginél jobban vonatkoznak a neurobiológia élvonalbeli kutatásaira. Folytatnunk és fokoznunk kell e modell használatát a regeneráció mechanizmusainak feltárására mind a CNS-ben, mind a neuroendokrin szövetekben. Ez nemcsak a sejtek megújulásának és regenerálódásának alapvető mechanizmusainak feltárásában segít, hanem a jövőben az agy regeneratív terápiáinak új stratégiáinak megtervezésében is.