Axon-seq – en ny metod för sjukdomsmekanismer i ALS
Axon-seq – en ny metod för sjukdomsmekanismer i ALS
I ALS är det de motoriska nervcellerna, motorneuronen, vilka styr våra muskler, som progressivt förloras, vilket orsakar en slutligen fatal förlamning. Det första synliga tecknet på att motorneuron drabbats av patologi i denna obotliga sjukdom är att dess kontakt med muskeln brutits då dess långa utskott, axonet, förtvinar. För att bättre förstå detta tidiga stadium av sjukdomsutveckling i ALS har forskare vid Karolinska Institutet tagit fram en ny metod som radikalt förbättrar möjligheterna att undersöka axoner. Eva Hedlund, docent och forskningsledare, ger här en bakgrund till metoden.
Motorneuron är specialiserade nervceller vilka styr all skelettmuskulatur i kroppen och därmed de basala rörelsemönster som vi tar för givna, till exempel att vi kan röra på armar och ben, svälja, tugga, kontrollera våra ansiktsuttryck samt andas. Motor neuron har sin cellkropp – med cellkärna och arvsmassa – och ett stort antal korta utskott, så kallade dendriter, i det centrala nervsystemet (hjärnan, hjärnstammen och ryggmärgen). De har också ett mycket långt utskott – axonet – som växer ut till periferin för att kontakta och styra muskler som ibland finns på avstånd längre än en meter bort [Figur 1].1 Motorneuron har en förhållandevis stor cellkropp i det centrala nervsystemet men då axonet kan vara så långt utgör detta upp till 98 procent av volymen av cellen. Det stora avståndet mellan motorneuronets cellkropp och dess kontakt (synapsen) med muskel innebär att axonet måste innehålla en mikromiljö som självständigt kan reagera på signaler från sin omgivning till exempel från muskelceller. Detta speciellt då vesiklar som transporterar proteiner och ribonukleinsyra (RNA, den budbärarmolekyl som bär genetisk information från DNA) färdas långsamt från cellkroppen ut i axonet i en hastighet av cirka 0,1–10 mm per dag2 och således inte ensamt kan upprätthålla axonets och synapsens dynamik.
MOTORNEURON DÖR I ALS
I den dödliga sjukdomen amyotrofisk lateral skleros (ALS) är det just motorneuronen som förloras, vilket leder till muskelförtvining, svaghet och förlamning hos patienterna. Det finns inga effektiva terapier för ALS. Majoriteten (ungefär 90 procent) av alla ALS-fall förefaller sporadiskt uppkomna, och man kan således inte i förväg förutsäga vem som kommer att drabbas. I cirka 10 procent av fallen är ALS tydligt nedärvt och då på grund av mutationer i olika gener med distinkta funktioner såsom till exempel superoxid dismutas 1 (SOD1), de DNA- och RNA-bindande proteinerna TDP-43 och FUS samt i C9ORF72.3 Varför mutationer i dessa gener, vilka i de flesta fall är aktiva i alla celler i kroppen, leder till förlust av just motorneuron är något som fortfarande inte är tydligt trots intensiv forskning. Påtagligt är att många processer i cellen påverkas vid ALS, allt ifrån vilka gener i DNA som aktiveras och bildar RNA, hur proteiner och RNA processas, transporteras och bryts ned, hur energiproduktionen i cellen regleras och hur DNA repareras vid skada etc.4
KONTAKTEN MELLAN MUSKEL OCH MOTORAXONET FÖRSTÖRS FÖRST
När motorneuron progressivt dör (degenererar) i ALS så sker detta på ett mycket specifikt sätt; kontakten (synapsen) mellan motorneuron och muskel är den som synligt förstörs först, långt innan cellkroppen i nervsystemet försvinner (eller visar tydliga tecken på påverkan). Axonet släpper således taget om muskeln och degenerar utifrån och in. Exakt hur det går till när dessa livsviktiga synapser förstörs vet man ännu inte, men vi och andra har visat att denna patologiska process styrs från själva motorneuronet (och inte från muskeln).5 När muskeln inte längre har någon kontakt med nervcellen förtvinar denna.1 Processen ser likadan ut i familjärt nedärvd ALS och i sporadiskt uppkommen sjukdom. Detta gör att vi forskare hyser förhoppning om att man genom studier av familjär ALS och mutationer som förorsakar denna kan få en förståelse för alla fall av ALS, även där vi inte känner till orsaken till sjukdomens uppkomst. Frågan är då fortfarande varför just motorneuron dör i ALS? Från studier på både mus och människa har det visats att flera celltyper i nervsystemet blir aktiverade och aggressiva i ALS och är inblandade i sjukdomsförloppet, bland annat så kallade astrocyter, mikrogliaceller och oligodend rocyter. De är alla stödjeceller i nervsystemet som är mycket viktiga för att bland annat tillgodose nervcellers energibehov, modulerande av deras kontakter och signaler med andra nervceller.4 Dock är det tydligt från genetiska studier på möss att tidiga förändringar inne i just själva motorneuronen styr intitiering av sjukdomen. 6
