Neurogeneza – jak generowane są nowe neurony?

3 maja, 2020
Neurogeneza zdecydowanie nie jest procesem statycznym. Jest to działanie dynamiczne. Modulowana i regulowana jest przez najróżniejsze czynniki, które stanowią reakcję na potrzeby naszego mózgu. 

Neurogeneza, czyli generacja nowych neuronów w mózgu człowieka i odkrycie, że proces ten wciąż jest aktywny w dorosłości – zmodyfikowało pojęcie plastyczności i umiejętności mózgu. Ujawniło to nowe mechanizmy, które gwarantują homeostazę układu nerwowego. Co oznacza to dla każdego z nas, dowiesz się z tego artykułu.

Jeszcze niedawno powszechnie panował pogląd, że powstawanie nowych komórek nerwowych nie zachodzi u osób dorosłych.

Plastyczność mózgu odnosi się do zdolności tego organu do zmiany swojej struktury i funkcji w procesie dojrzewania i uczenia się, a także w obliczu uszkodzeń neuronów, które występują w niektórych chorobach.

Przede wszystkim, koncepcja ta zakłada, że mózg jest elastycznym organem, który reaguje na najróżniejsze czynniki, które mogą wpływać zarówno pozytywnie jak i negatywnie na tworzenie się nowych neuronów. Te ostatnie z kolei mogą generować efekty korzystne dla naszego mózgu. 

Tworzenie się nowych neuronów w mózgu znane jest nam od 1966 roku. Jednak upłynęło wiele czasu, zanim udowodniono naukowo ten fakt. Dlaczego tyle to trwało? Wcześniej nie znano faktu istnienia w mózgu neuronalnych komórek macierzystych.

Od tego czasu wiadomo, że w mózgu dorosłego człowieka istnieją dwa regiony, w których zachodzi aktywny i ciągu proces neurogenezy. Są to zakręt zębaty hipokampa i opuszki węchowe.

  • Hipokamp stanowi niezwykle ważną strukturę w mózgu, która bierze udział w procesach uczenia się i zapamiętywania, szczególnie w powstawaniu śladów pamięciowych. Czy wiesz, że to właśnie dzięki tej strukturze posiadamy pamięć przestrzenną, czyli zdolność do zapamiętywania różnych miejsc na podstawie charakterystycznych dla nich elementów.

Te wspomniane dwa regiony w mózgu pełnią ważną rolę. Pozwalają na proces stworzenia się nowych neuronów – neurogenezę.

Zobacz też:

Sprawność mózgu – czy to prawda, ze cukier ją poprawia?

Neurogeneza – na czym polega?

Neurogeneza jest procesem złożonym, który polega na tworzeniu się nowych neuronów w mózgu człowieka. Rozwój następuje w kilku etapach. 

Stwierdzono, że proces jest aktywny w hipokampie i opuszkach węchowych u dorosłych ssaków, co sugeruje utrzymywanie się neuronalnych komórek macierzystych przez całe życie. Populacje tych komórek podlegają ciągłej wymianie.

Neurogeneza - grafika

Proces ten jest bardzo złożony i rozwija się w różnych etapach. Wymieniamy tu najważniejsze z nich:

  • Proliferacja komórek macierzystych, występujących we wszystkich organizmach. Mają zdolność do dzielenia i różnicowania się na różne typy wyspecjalizowanych komórek, a także do odnawiania się i produkcji większej ilości komórek macierzystych.
  • Migracja komórek.
  • Zróżnicowanie.
  • Przetrwanie nowych neuronów.
  • Włączenie ich do istniejących obwodów neuronowych.

Zmiany, jakim ulegają komórki biorące udział w procesie neurogenezy w swojej strukturze, umożliwiły rozpoznanie specyficznych cech, w zależności od markerów białkowych, które czasowo są wyrażane podczas tego procesu.

Proces neurogenezy modulowany jest przez wiele czynników, zarówno stymulujących, jak i hamujących, przez czynniki środowiskowe, czynniki wzrostu, neurotransmitery, hormony czy też substancje farmakologiczne.

Tworzenie nowych neuronów jest pod stałą kontrolą. Pozwala to uniknąć zmian w obwodach neuronowych. Nisza ta jest jednym z czynników wpływających na regulację neurogenezy i składa się z:

  • Komórek macierzystych. 
  • Astrocytów.
  • Komórek śródbłonka.

Te trzy elementy działają w sposób zsynchronizowany. Oto procesy, którym są poddawane:

  • Utrzymanie populacji komórek macierzystych. 
  • Astrocyty kontrolują proliferację komórek pluripotencjalnych (macierzystych). Odpowiadają też za migrację tych komórek poprzez działanie różnych czynników wydzielanych przez astrocyty.
  • Utrzymanie populacji astrocytów i komórek śródbłonka.

Neurogeneza i czynniki ją modulujące

Neuronalne komórki macierzyste usytuowane są w specyficznym mikrośrodowisku komórkowym zwanym niszą.

Jak wspomnieliśmy na samym początku neurogeneza nie jest procesem statycznym, ale dynamicznym. Z tego powodu jest on modulowany i regulowany przez różne czynniki, które reagują na potrzeby mózgu.

Wśród czynników wpływających na modulację i regulację neurogenezy znajdują się czynniki niszowe (wyjaśnione powyżej), wewnętrzne i zewnętrzne.

Przeczytaj też:

Płaty mózgu, czym one są i jakie funkcje spełniają?

Neurogeneza i czynniki wewnętrzne

Czynniki wewnętrzne kontrolują proliferację komórek macierzystych i komórek z nich pochodzących. Czynniki te obejmują:

  • Receptory wyrażone przez komórki macierzyste i progenitorowe, które kontrolują komunikację komórkową.
  • Systemy sygnalizacyjne. Sygnały generowane wewnątrz niszy mają również wpływ na to czy nerwowa komórka macierzysta zróżnicuje się w neuron czy komórkę glejową.
  • Niektóre cząsteczki adhezyjne (tj. białka błony komórkowej umożliwiające przyleganie komórki do innej komórki lub do substancji) takie jak cząsteczka adhezyjna komórek nerwowych (CAMs).
  • Sygnalizacja wykonywana pomiędzy astrocytami i neuroblastami przez neuroprzekaźnik GABA (kwas gamma-aminomasłowy), który wzmacnia produkcję i migrację komórek progenitorowych z miejsca, gdzie znajdują się komórki macierzyste.

Jednak czynniki wewnętrzne nie tylko regulują proliferację komórek, ale determinują także decyzję komórek macierzystych o tworzeniu nowych neuronów.

Odkryj również:

Regeneracja neuronów – 6 łatwych sposobów

Czynniki zewnętrzne

Neurogeneza jest również modulowana przez czynniki zewnętrzne, takie jak uszkodzenia mózgu, hormony lub czynniki wzrostu.

Udowodniono, że u zwierząt żyjących we wzbogaconym środowisku, zarówno w warunkach naturalnych, jak i eksperymentalnych, szansa powstania i przeżycia nowych neuronów rośnie. Chodzi o środowisko bogate w różne bodźce węchowe, wzrokowe i smakowe.

Neurony w mózgu

Etapy zachodzące w procesie narodzin neuronu, takie jak produkcja, migracja, różnicowanie, dojrzewanie i przetrwanie, są również modulowane przez czynniki zewnętrzne, wśród których występują wspomniane już:

  • Hormony.
  • Czynniki wzrostu.
  • Uszkodzenie mózgu.
  • Substancje farmakologiczne.

Ostatnio odkryto również, że glutaminian wywiera podwójny wpływ na niektóre etapy formacji neuronów. GABA, serotonina i dopamina również wpływają na modulację tego procesu.

Oprócz tych neurotransmiterów, innymi czynnikami mającymi wpływ na narodziny nowych neuronów są między innymi hormony, kortykosteroidy. Wymienić można też ciążę, alkohol i złe doświadczenia we wczesnym okresie życia.

  • Co ciekawe, regularna aktywność fizyczna pozytywnie wpływa na procesy neurogenezy. Neurolodzy wykazali, że szczególnie bieganie stymuluje mózg do wytwarzania istoty szarej, co zwiększa nasze zdolności poznawcze. W badaniach wykazano, że zaledwie parę dni joggingu skutkowało pojawieniem się setek tysięcy nowych neuronów.

Przypuszcza się, że ćwiczenia mają związek ze zwiększonym dopływem krwi do mózgu lub wyższym stężeniem hormonów wydzielanych na skutek aktywności fizycznej.

A czy dieta ma również znaczenie? Owszem! Ostatnie badania wykazały, że kolejny czynnik stanowi dieta, jej kaloryczność, częstość spożywanych posiłków, struktura jedzenia oraz skład naszych posiłków. 

Podsumowanie

Neurogeneza w mózgu dorosłego człowieka jest ciekawym procesem tworzenia nowych neuronów. Można ją wykorzystać we wdrażaniu leczenia zastępczego neuronów w chorobach neurodegeneracyjnych. Ma swoją przydatność, także w leczeniu chorób z selektywną utratą neuronów, takich jak zaburzenia neurologiczne i psychiatryczne.

Dalsze eksploracja badawcza jest naturalnie niezbędna. Pozwoli nam dowiedzieć się więcej o tym, jak można wykorzystać i modulować komórki macierzyste w tym czy innym aspekcie.

Ostatnie słowo o neurogenezie

Na koniec przypominamy, aby nie zapominać o ciągłych wyzwaniach i nauce. Ćwiczenia dla naszego mózgu pozwolą nam zachować doskonałą liczbę neuronów.

Zadania, które wymagają długiego i intensywnego myślenia pobudzają bardziej te sieci neuronalne, gdzie nowych neuronów jest najwięcej. To pobudzenie jest dla nich kluczowe.

  • Eriksson, P. S., Perfilieva, E., Björk-Eriksson, T., Alborn, A. M., Nordborg, C., Peterson, D. A., & Gage, F. H. (1998). Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nature Medicine. https://doi.org/10.1038/3305
  • Götz, M., & Huttner, W. B. (2005). The cell biology of neurogenesis. Nature Reviews Molecular Cell Biology. https://doi.org/10.1038/nrm1739
  • Akers, K. G., Martinez-Canabal, A., Restivo, L., Yiu, A. P., De Cristofaro, A., Hsiang, H. L., … Frankland, P. W. (2014). Hippocampal neurogenesis regulates forgetting during adulthood and infancy. Science. https://doi.org/10.1126/science.1248903
  • Snyder, J. S., Soumier, A., Brewer, M., Pickel, J., & Cameron, H. A. (2011). Adult hippocampal neurogenesis buffers stress responses and depressive behaviour. Nature. https://doi.org/10.1038/nature10287