Genetyka ośrodka nagrody
Układ dopaminergiczny przedmózgowia (DA) pełni wiele funkcji w mózgu; m.in. odpowiada za pamięć roboczą i stanowi kluczowy czynnik rozwoju choroby Parkinsona. Odgrywa również ważną rolę w niektórych schorzeniach neuropsychologicznych, a powszechnie nadużywane substancje, takie jak alkohol, wywierają wpływ poprzez ten system nagrody. Przy wykorzystaniu nowych technologii obrazowania in vivo, optogenetyki i technik transgenicznych, zespół projektu FISHDOPA badał złożoną sieć neuronową układu nagrody u Danio rerio, dobrze znanego gatunku modelowego danio pręgowanego. Geny zaangażowane w uczenie się układu nagrody Prof. Petronella Kettunen, koordynator projektu FISHDOPA, opisuje, w jaki sposób naukowcy przeanalizowali obszary mózgu i szlaki sygnalizacyjne aktywowane w odpowiedzi na reakcję układu nagrody, które prowadzą do modyfikacji wzorców zachowań. „Wyniki pokazały konsekwentną aktywację populacji neuronów układu nagrody w dwóch obszarach przedmózgowia, nazywanych grzbietową (Vd) i brzuszną (Vv) częścią kresomózgowia brzucha”, wyjaśnia prof. Kettunen. Przy użyciu mikroskopii laserowej naukowcy pobierali próbki mRNA z regionów Vd i Vv, a po sekwencjonowaniu następnej generacji zespół mógł zobaczyć, jakie geny były eksprymowane w trakcie uczenia się zachowania z układem nagrody. „Nasza wstępna analiza bioinformatyczna wskazała, że podczas gdy region Vd wykazuje zwiększoną ekspresję genów związanych z sygnalizacją dopaminy przed nauczeniem się zachowania związanego z układem nagrody, region Vv wykazuje zwiększoną ekspresję genów związanych z uczeniem się po nauczeniu się zachowania związanego z układem nagrody”, wyjaśnia prof. Kettunen. To wyraźnie pokazuje, że region Vd odgrywa istotną rolę w przetwarzaniu informacji o nagrodzie, a region Vv w uczeniu się zachowań związanych z układem nagrody. Znaczenie wyników projektu FISHDOPA dla badań nad uczeniem się i uzależnieniem Zespół projektu FISHDOPA opracował paradygmat behawioralny do badania układu nagrody i procesu uczenia się w celu zrozumienia mechanizmów molekularnych leżących u podstaw tego zachowania. Ponadto zastosowanie mikroskopii laserowej do wykrywania i wycinania małych obszarów mózgu dorosłego danio pręgowanego, ekstrakcji mRNA i sekwencjonowania nowej generacji na próbkach, to przykład nowego protokołu. Projekt FISHDOPA wykazał, że możliwe jest stosowanie zarówno larw, jak i dorosłych osobników danio pręgowanego do badania układu nagrody. Otworzy to nowe możliwości w zakresie przyszłych zastosowań i badań w ważnych obszarach neurotransmisji, uczenia się i uzależnienia. „Najważniejsze jest to, że zidentyfikowaliśmy różne obszary mózgu odgrywające rolę w układzie nagrody”, podkreśla prof. Kettunen. „Nasze dane wskazują, że różne obszary mózgu i szlaki sygnałowe są rekrutowane w trakcie różnych aspektów zachowania”. Zwalczanie przeszkód w badaniach behawioralnych Zespół projektu FISHDOPA, jako pionier badań nad zachowaniem związanym z układem nagrody, musiał stawić czoła wielu różnym wyzwaniom. „Brakowało wielu metod i narzędzi, a informacje dotyczące, na przykład, funkcji mózgu u ryb, były ograniczone. Dlatego musieliśmy opracować lub udoskonalić znaczną część stosowanych metod, w tym testy behawioralne, ocenę przeciwciał i dostępnych ryb transgenicznych”, wyjaśnia prof. Kettunen. Kolejnym wyzwaniem było manipulowanie subtelnym i złożonym zachowaniem związanym z uczeniem się swobodnie poruszającego się danio pręgowanego oraz śledzenie tego, w jakim punkcie czasowym rozwoju pojawia się zachowanie związane z układem nagrody u larw. Jak zauważa prof. Kettunen: „im starsze są zwierzęta, tym mniejsze możliwości mają badacze, np. pod względem dostępnych technologii do obrazowania in vivo”. Kolejne kroki na ścieżce do wykorzystania wiedzy na temat układu nagrody w warunkach klinicznych W przyszłości skupimy się na badaniu funkcji nowych genów odkrytych podczas badań nad projektem i rozszerzymy badania na kaskady ludzkich genów. „Oprócz dopaminy można badać inne ścieżki sygnałowe związane z uczeniem się poprzez układ nagrody, co można przetestować farmakologicznie lub genetycznie w ramach przyszłych doświadczeń”, zauważa prof. Kettunen. Deregulacja układu dopaminergicznego wiąże się z kilkoma chorobami i zespołami psychiatrycznymi i neurologicznymi, takimi jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera, ADHD i depresja. Ponadto dopamina odgrywa kluczową rolę w uzależnieniu. Jak mówi prof. Kettunen, „nadal brakuje skutecznych i bezpiecznych metod leczenia wielu z tych zaburzeń związanych z zaburzeniem układu dopaminergicznego, a nowe narzędzia opracowane w ramach projektu FISHDOPA mogą być bardzo pomocne w procesie opracowywania nowych leków”.
Słowa kluczowe
FISHDOPA, DA, nagroda, nauka, danio pręgowany
