Interleukinas-1 (IL-1) yra pagrindinė molekulė, dalyvaujanti uždegimuose ir atlieka svarbų vaidmenį tiek sveikose, tiek sergančiose būsenose. Sergant ligomis, didelis IL-1 kiekis smegenyse yra susijęs su neurouždegimu, kuris gali sutrikdyti organizmo atsaką į stresą, sukelti į ligas panašų elgesį, pabloginti uždegimą aktyvinant smegenų imunines ląsteles ir leisti imuninėms ląstelėms iš organizmo patekti į smegenis. . Tai taip pat gali sukelti smegenų pažeidimą, nes pagalbinės ląstelės gamina kenksmingas molekules. Padidėjęs IL-1 kiekis yra susijęs su nuotaikos sutrikimais, tokiais kaip depresija, ir atminties bei mąstymo sutrikimais.
Ir atvirkščiai, normaliomis sąlygomis be uždegimo IL-1 atlieka esminį vaidmenį smegenyse. Jis padeda reguliuoti hormonų veiklą, palaiko sveikus miego modelius ir gerina pažinimo funkcijas, tokias kaip atmintis ir mokymasis.
IL-1R1 yra tarsi durų skambutis į ląsteles, kurios suskamba, kai yra infekcija ar sužalojimas, o imuninėse ląstelėse jis signalizuoja organizmui pradėti imuninį atsaką. Tačiau manoma, kad neuronai, ekspresuojantys IL-1R1, nesukelia uždegimo, o tai rodo, kad šios ląstelės iš tikrųjų gali integruoti imuninius signalus į nervinius. Dar neatskleista, kur ir kaip IL-1R1 (1 tipo interleukino-1 receptorius) gali kontroliuoti arba modifikuoti normalią smegenų funkciją.
Dabar naujame Floridos Atlanto universiteto tyrime pateikiamas išsamiausias ir išsamiausias neuronų IL-1R1 (nIL-1R1) ekspresijos pelių smegenyse žemėlapis iki šiol, išspręsdamas ilgalaikius neatitikimus. Ankstesni tyrimai parodė, kad IL-1 signalizacija neuronuose yra susijusi su liga, nerimu ir miego pokyčiais, tačiau tikslios nervų grandinės nebuvo tiksliai apibrėžtos.
Tyrimas, paskelbtas Neuroinflammation žurnalassusiaurina specifines neuronų populiacijas ir neurotransmiterių sistemas, kurios gali tarpininkauti šiems poveikiams. Tyrėjai sugebėjo pažymėti neuronų populiacijas, ekspresuojančias nIL-1R1, naudodami protingą ląstelių žymėjimo metodą, suteikdami naujų įžvalgų apie šio receptoriaus funkcinius vaidmenis centrinėje nervų sistemoje (CNS).
Ankstesni FAU Quan laboratorijos atlikti tyrimai atskleidė, kad lėtinis IL-1 signalizavimas glutamaterginiuose neuronuose daro įtaką kognityviniam ir socialinio vengimo elgesiui, ypač neurouždegimo ir su stresu susijusių sutrikimų kontekste. Tai patvirtina idėją, kad nIL-1R1 gali atlikti lemiamą vaidmenį tokiomis sąlygomis kaip lėtinis stresas, depresija ir nerimas unikaliose nervų grandinėse, aprašytose dabartiniame tyrime.
Naudodami genetiškai modifikuotas peles, mokslininkai nustatė neuronus tam tikrose smegenų srityse, tokiose kaip somatosensorinė žievė, hipokampas ir kitose, kuriose yra neuronų IL-1R1. Dauguma šių neuronų naudoja glutamatą (neuromediatorių signalams perduoti), o kai kurie naudoja serotoniną (svarbų nuotaikai). Jie nustatė, kad šie IL-1R1 teigiami neuronai yra susiję su grandinėmis, kurios kontroliuoja jutimo apdorojimą, nuotaikos reguliavimą ir atmintį.
„Mūsų tyrimas parodo, kaip tam tikri neuronai yra prijungti prie imuninių signalų ir gali padėti paaiškinti, kaip uždegimas prisideda prie jutimo, nuotaikos ir atminties sutrikimų“, – sakė Ning Quan, Ph.D., vyresnysis autorius, biomedicinos mokslų profesorius, FAU Schmidt medicinos koledžas. ir FAU Stiles-Nicholson smegenų instituto tyrėjas.
„Šios išvados gali paskatinti naujus būdus gydyti smegenų sutrikimus, susijusius su uždegimu. Kalbant apie elgesio pasekmes, mūsų rezultatai patvirtina hipotezę, kad nIL-1R1 signalizacija daro įtaką emociniam ir pažintiniam elgesiui.”
Rezultatai rodo, kad nIL-1R1 ekspresija yra ryškiausia somatosensorinėse ir glutamaterginėse sistemose, kurios anksčiau nebuvo ištirtos šiame kontekste. Tarp smegenų regionų, kurie buvo nustatyti kaip ekspresuojantys nIL-1R1, dantytasis žiedas (DG) buvo nuolat pabrėžiamas, dar kartą patvirtinantis jo, kaip pagrindinės neuronų IL-1R1 ekspresijos vietos, vaidmenį. Tyrimas taip pat tiksliai nustato talaminius relių centrus ir įvairius jutimo žievės regionus, o tai rodo, kad IL-1 signalizacija gali atlikti svarbų vaidmenį jutimo apdorojime.
„Šis naujas atradimas iškelia klausimų, ar imuniniai signalai turi įtakos mūsų jutimo apdorojimui ir ar IL-1R1 sukeliami jutimo signalų pokyčiai prisideda prie pažinimo problemų, nerimo ar depresijos“, – sakė pirmasis autorius ir doktorantūros mokslų daktaras Danas Nemethas. FAU Schmidto medicinos koledžo ir Stiles-Nicholson smegenų instituto bendradarbis. „Be to, šis tyrimas rodo, kad neuronai neduoda signalo taip pat, kaip kitos IL-1R1 ekspresuojančios ląstelės.”
Nors mokslininkai aptiko neuronų IL-1R1 smegenų srityse, susijusiose su nuotaika, poveikiu ir pažinimu, netikėta išvada, kad IL-1R1 yra išreikštas jutimo sistemos neuronuose. Naudodami aukštųjų technologijų erdvinę transkriptomiką, jie nustatė, kad neuronų IL-1R1 reguliuoja genų kelius, susijusius su sinapsių organizavimu, nesukeldamas tipiško uždegimo. Tai rodo, kad IL-1R1 vaidina sinapsinį formavimąsi ir gali keisti nervų grandines bei jų funkcijas.
„Iki šiol atlikus išsamiausią neuronų IL-1R1 ekspresijos pelių smegenyse atvaizdavimą, šis tyrimas suteikia precedento neturintį aiškumo lygį, kaip IL-1 signalizacija veikia neuronines grandines, kurios valdo elgesį“, – sakė Randy D. Blakely, Ph. D., bendraautorius, FAU Stiles-Nicholson smegenų instituto vykdomasis direktorius, Davidas J. S. Nicholsonas, nusipelnęs profesorius Neurologijos mokslų daktaras ir biomedicinos mokslų profesorius FAU Schmidto medicinos koledže.
„Išvados atveria duris naujiems tyrinėjimo keliams, suteikiant svarbių įžvalgų apie normalias ir sutrikusias elgesio būsenas, atsirandančias dėl su stresu susijusių sutrikimų, depresijos ir nerimo, pagrindus.