Biomonitoring w neuroanatomii…?

Biomonitoring i układ limbiczny? Biomonitoring i białka wiążące wapń? Biomonitoring i ontogeneza? Jak połączyć zagadnienia poruszane w mojej pracy doktorskiej z biomonitoringiem? Czy to w ogóle jest możliwe? Im dłużej o tym myślałam tym bardziej absurdalne mi się to wydawało, aż w końcu… Prowadzone przeze mnie badania dotyczą zmian w ekspresji białek wiążących wapń oraz peptydu CART (transkrypt regulowany kokainą i amfetaminą) w wybranych strukturach limbicznych w ontogenezie świnki morskiej.

Na początku chciałabym wyjaśnić czym w zasadzie jest biomonitoring. Według ogólnie dostępnej w Internecie definicji, biomonitoring, zwany również monitoringiem biologicznym bądź monitoringiem przyrodniczym to „działania polegające na obserwowaniu i ocenie stanu oraz zmian zachodzących w ekosystemach, składnikach różnorodności biologicznej i krajobrazowej, w tym typach siedlisk przyrodniczych, populacjach i gatunkach, a także działania służące ocenie skuteczności stosowanych metod ochrony przyrody”. Teraz, kiedy stało się jasne, że pojęcie biomonitoringu można odnieść do oceny zmian jakie zachodzą np. w ekosystemie to przypuszczalnie można byłoby je wykorzystać również do oceny zmian w ekspresji białek w strukturach układu limbicznego w różnych stadiach rozwojowych danego organizmu. Tak jak ekosystem stanowi dynamiczny układ, na który składa się zespół organizmów połączonych relacjami troficznymi wraz ze środowiskiem przez nie zajmowanym, tak układ limbiczny stanowi swojego rodzaju dynamiczną, połączoną wzajemnymi relacjami sieć neuronalną struktur korowych i podkorowych.

Układ limbiczny, inaczej zwany rąbkowym bądź brzeżnym, jest układem, którego czynność związana jest z procesami uczenia się i zapamiętywania, funkcjami wykonawczymi procesów poznawczych oraz z wyrażaniem stanów emocjonalnych i wzorców zachowań. Układ ten określany jest także jako układ szybkiego reagowania. To francuski anatom, Paul Pierre Broca, wprowadził pojęcie „limbiczny” w 1878 r., natomiast pojęcie „układu limbicznego” zostało zaproponowane przez MacLeana znacznie później, bo w 1952 r. Pomimo upływu lat nadal nie ma zgodności co do tego, które struktury budują układ limbiczny. Wiadomo jednak, że efektywne działanie tego układu możliwe jest wyłącznie dzięki współdziałaniu z innymi układami w mózgu. Istotną rolę w funkcjonowaniu i prawidłowym rozwoju struktur układu limbicznego (m.in. przegrody czy zakrętu obręczy) odgrywają białka wiążące wapń. Do grupy tych najbardziej swoistych dla ośrodkowego układu nerwowego zalicza się: kalbindynę, kalretyninę oraz parwalbuminę. Zróżnicowana i specyficzna dystrybucja białek wiążących wapń w strukturach układu limbicznego w określonych stadiach rozwojowych, spowodowała, że uznano je za markery komórkowe w badaniach neuroanatomicznych i ontogenetycznych. Ich zaangażowanie w utrzymanie wewnątrzkomórkowej homeostazy wapniowej zapewnia właściwe funkcjonowanie komórek nerwowych. Wewnątrzkomórkowy poziom jonów wapnia musi podlegać ścisłej kontroli, ponieważ ich nadmiar może prowadzić do neurotoksyczności i śmierci komórek. Postuluje się, że białka wiążące wapń pełnią ważną rolę w regulacji podziałów komórkowych, a także w procesie migracji i różnicowania komórek, których błędy mogą mieć konsekwencje np. w chorobach układu nerwowego. Co ciekawe, obecność białek wiążących wapń jest niezbędna do prawidłowego rozwoju mózgu.

Fakt, że w niektórych chorobach neurodegeneracyjnych następuje zmiana w poziomie ekspresji białek wiążących wapń, wskazuje na ich doniosłą rolę i potrzebę prowadzenia tego typu badań. Warto podkreślić, że dotychczasowe badania potwierdzają zmiany w dystrybucji neuronów zawierających te białka nie tylko w niektórych stanach patologicznych ale i w prawidłowej ontogenezie. Warto nadmienić, że stosunkowo niedawno odkryty neuropeptyd CART, występujący w licznych strukturach układu limbicznego, również wykazuje właściwości neuroprotekcyjne na poziomie subkomórkowym i bierze udział w rozwoju ośrodkowego układu nerwowego. Jak do tej pory, złożony charakter ekspresji badanych białek uniemożliwia, przypisanie im określonej funkcji w procesie dojrzewania struktur układu limbicznego.

W związku z powyższym, myślę, że takie „biomonitorowanie” zmian w ekspresji białek wiążących wapń oraz peptydu CART w strukturach układu limbicznego w ontogenezie świnki morskiej poszerzy dotychczasową wiedzę na temat rozwoju struktur związanych z uczeniem się, zachowaniem i pamięcią.

Beata Hermanowicz