Αυτοφαγία και επιβίωση

Στη φωτογραφία συνεστιακού μικροσκοπίου των ελλήνων ερευνητών διακρίνονται με πράσινο χρώμα τα αυτοφαγοσώματα (οι δομές όπου λαμβάνει χώρα η αυτοφαγία) σε νευρικά κύτταρα ποντικών. Μοβ είναι οι πυρήνες των κυττάρων, ενώ το κόκκινο αντιστοιχεί στο κυτταρικό σώμα και στους νευράξονες

Για τους μηχανισμούς που έδειξαν πώς ο εγκέφαλος επιβιώνει σε συνθήκες ασιτίας ελέγχοντας τη διαδικασία της αυτοφαγίας τιμάται με διεθνή βράβευση ο έλληνας επιστήμονας Νεκτάριος Ταβερναράκης

Είτε πρόκειται για ερευνητικό θέμα είτε για θέμα πολιτικής της έρευνας, υπάρχει πάντα ένας καλός λόγος για μια συζήτηση με τον Νεκτάριο Ταβερναράκη, τον καθηγητή Μοριακής Βιολογίας Συστημάτων της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Κρήτης και πρόεδρο του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Ερευνας (ΙΤΕ) του νησιού.

Στην αρχή της εβδομάδας που μόλις πέρασε όμως του τηλεφωνήσαμε για να τον συγχαρούμε για ένα ακόμη διεθνές βραβείο που του είχε μόλις επιδοθεί: επρόκειτο για το Helmholtz International Fellow Award, το οποίο χορηγεί η Ενωση Helmholtz, ο μεγαλύτερος επιστημονικός οργανισμός της Γερμανίας.

Το βραβείο αυτό, το οποίο συνοδεύεται από χρηματική αμοιβή ύψους 20.000 ευρώ, έχει στόχο να συνδέσει τη γερμανική έρευνα με τους καλύτερους επιστήμονες ανά τον κόσμο, καθώς παρέχει τη δυνατότητα στους τιμωμένους να πραγματοποιήσουν την έρευνά τους σε ένα ή περισσότερα από τα κέντρα Helmholtz της Γερμανίας.

Με άλλα λόγια, το βραβείο δεν είναι παρά μια πρόσκληση των άριστων επιστημόνων να συνεργαστούν με τους γερμανούς συναδέλφους τους.

Γιατί άραγε να θέλουν οι Γερμανοί να συνεργαστούν με τον Νεκτάριο Ταβερναράκη; Οι τακτικοί αναγνώστες του ΒΗΜΑScience θα ξέρουν ίσως ότι τα επιτεύγματά του σχετικά με τους μηχανισμούς της γήρανσης και του μεταβολισμού είναι τόσο υψηλού επιπέδου ώστε να δικαιολογούν και αυτό και τα προηγούμενα βραβεία με τα οποία έχει τιμηθεί ο έλληνας επιστήμονας.

Σήμερα όμως θα σταθούμε σε ένα ερευνητικό μονοπάτι που αν και εκπηγάζει από τον μεταβολισμό, αγγίζει ταυτόχρονα τη μνήμη και τη μάθηση, όπως φαίνεται από το πρόσφατο άρθρο του Νεκτάριου Ταβερναράκη και των συνεργατών του στην επιστημονική επιθεώρηση «Cell Metabolism» (τεύχος 26, σελ. 230-242, 5 Ιουλίου 2017).

Εγκεφαλική ασπίδα ενάντια στην ασιτία

Ολα ξεκίνησαν από ένα περίεργο δεδομένο, από μια αναπάντεχη παρατήρηση που είχε γίνει από διάφορους επιστήμονες στο παρελθόν και αφορούσε την προστασία του εγκεφάλου από την ασιτία. Οπως εξήγησε μιλώντας στο ΒΗΜΑScience ο καθηγητής Ταβερναράκης «σε συνθήκες πείνας, τα κύρια όργανα του σώματος ατροφούν, συρρικνώνονται. Είναι χαρακτηριστικό ότι όταν η ασιτία παρατείνεται, το μέγεθος του ήπατος μπορεί να υποδιπλασιαστεί. Αντίστοιχα φαινόμενα παρατηρούνται τόσο στα άλλα εσωτερικά όργανα όσο και στο μυϊκό σύστημα. Το μοναδικό όργανο που δεν συρρικνώνεται αμέσως σε συνθήκες πείνας είναι ο εγκέφαλος. Θελήσαμε λοιπόν να διερευνήσουμε τους λόγους αυτής της διαφορετικής αντίδρασης του εγκεφάλου στην έλλειψη τροφής».

Οπως είχε ήδη καταδείξει στο παρελθόν η ερευνητική ομάδα του ΙΤΕ, το στρες που προκαλείται από την έλλειψη τροφής σε κυτταρικό επίπεδο έχει ως συνέπεια την επαγωγή της αυτοφαγίας. Ο ελληνικής προέλευσης επιστημονικός όρος «autophagy» περιγράφει τη διαδικασία αποτοξίνωσης του κυττάρου από τα παραπροϊόντα του μεταβολισμού του. Περιττό να πούμε ότι πρόκειται για μια διαδικασία που είναι απαραίτητη για τη ζωή αφού ένα κύτταρο που αδυνατεί επί μακρόν να κάνει αυτοφαγία είναι καταδικασμένο σε θάνατο. Η αυτοφαγία είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα νευρικά κύτταρα, καθώς η πλημμελής αυτοφαγία οδηγεί σε νευροεκφυλισμό.

Ηταν λοιπόν μεγάλη έκπληξη για τους ερευνητές να διαπιστώσουν ότι σε συνθήκες ασιτίας ο εγκέφαλος διατηρούσε το μέγεθός του αναστέλλοντας την αυτοφαγία! Και θέλοντας να διερευνήσουν το φαινόμενο αποφάσισαν να το μελετήσουν διεξοδικότερα: «Οεγκέφαλος είναι ένα όργανο το οποίο περιλαμβάνει πολλές και ποικίλες δομές, όπως παραδείγματος χάριν η παρεγκεφαλίδα, ο υποθάλαμος, η υπόφυση, ο ιππόκαμπος. Διενεργώντας μια εξειδικευμένη ανάλυση διαπιστώσαμε ότι σε συνθήκες πρόσκαιρης ασιτίας η αυτοφαγία δεν αναστελλόταν στο σύνολο του εγκεφάλου αλλά μόνο στον προμετωπιαίο φλοιό και τον ιππόκαμπο, δύο περιοχές που συνδέονται με τις ανώτερες λειτουργίες του και οι οποίες εμπλέκονται στη μνήμη και στη μάθηση» σημείωσε ο κ. Ταβερναράκης.

Η εξελικτική εξήγηση

Τι σήμαινε άραγε αυτή η επιλεκτική καταστολή της αυτοφαγίας στις συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου; Η απάντηση ήρθε όταν οι ερευνητές διαλεύκαναν τον μοριακό μηχανισμό μέσω του οποίου ρυθμιζόταν η αυτοφαγία και εντόπισαν τον παράγοντα που έπαιζε ρόλο-κλειδί στη ρύθμιση. «Διαπιστώσαμε ότι η επιλεκτική καταστολή της αυτοφαγίας επιτυγχάνεται μέσω του παράγοντα Bdnf και αυτό έχει ως συνέπεια την αύξηση του αριθμού των συνάψεων των νευρικών κυττάρων στον προμετωπιαίο φλοιό και στον ιππόκαμπο» μας είπε ο έλληνας ερευνητής εξηγώντας: «Η αυτοφαγία μειώνει τον αριθμό των συνάψεων, των σημείων επικοινωνίας των νευρικών κυττάρων. Ετσι, η καταστολή της αυξάνει την ικανότητα επικοινωνίας των κυττάρων μέσω της αύξησης του αριθμού των συνάψεων, γεγονός που θεωρητικά τουλάχιστον θα έπρεπε να αυξάνει τις ικανότητες μνήμης και μάθησης των πειραματοζώων».

Προκειμένου να διαπιστώσουν αν πράγματι η ασιτία αύξανε τις πνευματικές ικανότητες των πειραματοζώων, οι ερευνητές τα υπέβαλαν σε ειδικά σχεδιασμένα τεστ. Τα τεστ αυτά παρέχουν μετρήσιμα αποτελέσματα, καθώς μπορεί κανείς να υπολογίσει τον χρόνο που χρειάζονται τα πειραματόζωα για να προσλάβουν μια πληροφορία, αλλά και τον χρόνο που θυμούνται αυτό που έμαθαν. Παρατήρησαν πράγματι βελτίωση της ταχύτητας εκμάθησης καθώς και βελτίωση του χρόνου διατήρησης των αναμνήσεών τους.

Τι σημαίνουν όμως όλα αυτά; «Τα ευρήματά μας έχουν μια σαφή εξελικτική εξήγηση. Στη φύση η τροφή δεν είναι δεδομένη, τα ζώα περνούν περιόδους ασιτίας και η αυξημένη πνευματική διαύγεια αποτελεί ισχυρό πλεονέκτημα επιβίωσης, καθώς επιτρέπει στα ζώα να βρουν τρόπους να βγουν από τη δύσκολη αυτή κατάσταση. Δεν είναι λοιπόν περίεργο που το φαινόμενο της καταστολής της αυτοφαγίας σε περιόδους ασιτίας έχει επιλεγεί εξελικτικά» είπε ο κ. Ταβερναράκης και προσέθεσε: «Θα πρέπει εδώ να σημειώσουμε όμως ότι υπάρχει ένα χρονικό όριο σε όλα αυτά, καθώς η παρατεταμένη ασιτία έχει ακριβώς τα αντίθετα αποτελέσματα. Πρόκειται για ένα φαινόμενο διφασικής ανταπόκρισης, όπως λέμε οι επιστήμονες. Κάτι αντίστοιχο ισχύει για το στρες, όπου οι συνέπειες της βραχείας έκθεσης σε στρες είναι εντελώς διαφορετικές από αυτές της μακρόχρονης. Στα πειραματόζωα το όριο της ωφέλιμης ασιτίας είναι οι 48 ώρες, ενώ για τον άνθρωπο πιθανότατα είναι διαφορετικό».

Νέο θεραπευτικό μονοπάτι για τον αυτισμό;

Μπορεί οι ερευνητές να μη γνωρίζουν ποιο είναι το κατώφλι για την αντιστροφή των αποτελεσμάτων της ασιτίας στον ανθρώπινο εγκέφαλο, αλλά είναι βέβαιοι για κάτι άλλο πολύ σημαντικό. «Ευρεία γονιδιακή ανάλυση έχει φέρει στην επιφάνεια μεταλλάξεις στο γονίδιο του παράγοντα Bdnf που σχετίζονται με τον αυτισμό. Αυτό μας δείχνει ότι ο παράγοντας που ελέγχει τη διαδικασία της αυτοφαγίας στον εγκέφαλο είναι καθοριστικής σημασίας για μια νόσο για την οποία γνωρίζουμε ελάχιστα. Το εύρημα αυτό ανοίγει ένα παράθυρο στην κατανόηση της αιτιολογίας της και ίσως να είναι και ένα πρώτο βήμα για θεραπευτικές παρεμβάσεις».

http://www.tovima.gr/science/article/?aid=894623

Lemmy