Az idegsejtek közötti kémiai kapcsolatok (szinapszisok) és azok szabályozásának feltárása nélkülözhetetlen az agyunkat felépítő idegsejthálózatok normál működésének és kóros elváltozásainak megértéséhez. A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetének Lendület Celluláris Idegélettani Laboratóriuma a füves cigi hatóanyagát, a THC-t is közvetítő receptorok működését vizsgálta kombinált élettani és molekuláris neuroanatómiai kísérletekben.
A rekreációs célú kannabisz („füves cigi”) fogyasztásakor a szervezetbe jutó hatóanyagot, a THC-t az úgynevezett CB1 kannabinoid receptorok közvetítik. Az agy normális működése során az idegsejtek által termelt endokannabinoidok hatását is közvetítő CB1 receptorok az idegsejtek hosszú nyúlványainak felszínén találhatók, azonban mennyiségük és az általuk okozott hatás nagysága a különböző idegsejttípusokban eltérő, sőt akár egy idegsejten belül is igen széles skálán mozoghat – olvasható az MTA honlapján közölt beszámolóban.
Az idegsejtek közötti kémiai kapcsolatok (szinapszisok) és azok szabályozásának feltárása nélkülözhetetlen az agyunkat felépítő idegsejthálózatok normál működésének és kóros elváltozásainak megértéséhez. A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetének Lendület Celluláris Idegélettani Laboratóriuma kombinált élettani és molekuláris neuroanatómiai kísérletekkel bebizonyította, hogy az idegsejt axonvégződésén található CB1 receptorok számából nem lehet az általuk kiváltott hatás mértékét illetően következtetést levonni, azaz hogy milyen mértékben csökkentik az ingerületátvivő anyagok felszabadulását.
Az elmúlt évtizedekben a neurobiológia egyik legdinamikusabban fejlődő területe lett a szinaptikus ingerületátvitel kutatása. Molekuláris, strukturális és funkcionális kísérletek a szinapszisok működésének számos alapelvére világítottak rá. Már a ’90-es években kimutatták, hogy a központi idegrendszer gátló (γ-amino-vajsavat, azaz GABA-t használó, GABAerg) és serkentő (glutamátot használó, glutamáterg) szinapszisainak erőssége egyáltalán nem egyforma, hanem nagyfokú változatosságot mutat. Ezt tanulmányozva jött rá Nusser Zoltán és Somogyi Péter Oxfordban, hogy mindkét típusú szinapszis erőssége szoros összefüggést mutat az ingerületátvivő anyagokat megkötő receptorok mennyiségével.
Nusser magyarországi kutatócsoportja az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben tovább folytatta kutatásait, és számos további kísérlettel bizonyította, hogy más, az idegsejtek állapotát meghatározó, a sejtmembrán feszültsége által vezérelt ioncsatornák (feszültségfüggő ioncsatornák) száma is jól korrelál az általuk közvetített hatás mértékével. Mivel más laboratóriumok is hasonló eredményre jutottak számos más ioncsatorna esetében, az az általános következtetés vonható le, hogy az ioncsatornát formáló receptorok és a feszültségfüggő ioncsatornák mennyiségének ismeretében meg lehet jósolni funkcionális hatásuk mértékét is.
Ez azért volt kiemelkedően fontos felismerés, mert az idegsejtek változatos és igen szerteágazó, komplex megjelenésű sejtek, és nyúlványaik (dendrittüske- és axonvégződés) átmérője sokszor olyan kicsi (0,5-2 μm), hogy közvetlen funkcionális módszerekkel nem vizsgálhatóak, viszont az idegsejtek közötti információátadás első és utolsó lépése itt történik. Ha meg szeretnénk érteni ezeknek a parányi végződéseknek a működését, akkor a bennük megtalálható ioncsatornák számából – mely nagy feloldású mikroszkópiás lokalizációs technikákkal ma már meghatározható – igen jó közelítést lehet tenni az élettani működésükre.
Az idegsejtek által termelt ingerületátvivő anyagok nagy része nemcsak ioncsatornát formáló receptorokhoz kötődik, hanem úgynevezett metabotróp vagy más néven G-fehérjéhez kapcsolt receptorokhoz is. Ezek a receptorok közvetve, általában feszültségfüggő ioncsatornákon keresztül hatva befolyásolják az idegsejtek serkenthetőségét, vagy szabályozzák az ingerületátvivő anyagok felszabadulását. Az egyik, talán a legnagyobb publicitást kapott ilyen G-fehérjéhez kapcsolt receptor az 1-es típusú kannabinoid receptor (CB1), amely nagyon hatékonyan tudja szabályozni a gátló szinapszisok működését.
Ez a receptor nemcsak azért áll a neurobiológiai kutatások célkeresztjében, mert az idegsejtek által termelt, úgynevezett endogén kannabinoidok rajta keresztül hatnak, hanem mert a marihuána pszichoaktív hatóanyaga, a THC (tetrahidrokannabinol) is hozzá kötődik, és fejti ki jól ismert központi idegrendszeri hatását. Freund Tamás kutatócsoportja az 1990-es évek végén részletesen vizsgálta a CB1 receptorok eloszlását a központi idegrendszerben, és azt tapasztalta, hogy a receptor mennyisége igen változatos eloszlást mutat sejttípustól függően, de egy sejttípuson belül is. Ezzel párhuzamosan élettani kísérletek – részben Nusser laboratóriumából – rávilágítottak, hogy a különböző gátló idegsejtekből az ingerületátvivő anyag felszabadulása eltérő mértékű endokannabinoid gátlás alatt van.
Ilyen előzmények után merült fel Nusser kutatócsoportjában a kérdés, hogy – mint az ioncsatornák esetében – meg lehet-e jósolni a G-fehérje-kapcsolt receptorok hatásának mértékét (azaz a funkciót) a receptorok számából. Más szóval: mi a receptorszám-funkció összefüggés az axonvégződésen található CB1 receptorok esetében? A kérdés megválaszolására kétfoton-lézer pásztázó mikroszkópiás élettani kísérleteket kombináltak kvantitatív molekuláris neuroanatómiai kísérletekkel (Lenkey és mtsai, 2015, Nature Communications, 6, 6557). Eredményeik egyértelműen azt mutatták, hogy az endokannabinoidok által okozott tónusos gátlás mértéke (vagyis a funkció) és a receptorok száma között nincs összefüggés. A receptorok mesterséges aktiválásával kiváltott hatás sem mutatott korrelációt a receptorok számával.
Mindezen eredményekre a legvalószínűbb magyarázat az, hogy az axonvégződésen mindenhol egyenletesen megtalálható CB1 receptoroknak nem mindegyike vesz részt egy adott funkció kialakításában. Ez úgy lehetséges, hogy a parányi axonvégződésnek van egy kitüntetett helye, az úgynevezett aktív zóna, ahol az ingerületátvivő anyag felszabadul. A felszabadulást a feszültségfüggő Ca2+-csatornákon keresztül beáramló Ca2+-ionok váltják ki. Ezek közül a csatornák közül a CB1 receptorok az N típusú Ca2+-csatornák működését képesek szabályozni. Feltételezhető, hogy csak azok a receptorok vesznek részt a folyamatban, amelyek molekuláris (nanométeres) távolságban vannak a csatornáktól. Ezt a hipotézist tesztelve Nusser kutatócsoportja arra az eredményre jutott, hogy az N típusú feszültségfüggő Ca2+-csatornák kizárólag az aktív zónában találhatók, ahol molekuláris közelségben helyezkednek el a CB1 receptoroktól.
„Mivel az aktív zóna mérete igen kicsi, csak mintegy 2,5 százaléka az axonvégződés teljes felszínének, és mivel a CB1 receptorok hozzávetőlegesen egyenletes eloszlást mutatnak a végződés felszínén, a CB1 receptoroknak csak pár százaléka van molekuláris távolságban a célcsatornáiktól. Következésképpen, ha az egész axonvégződés CB1 receptor tartalmát határozzák meg, az abban végbemenő nagymértékű változásoknak nem szükségszerűen kell funkcionális következménnyel járniuk, mert az aktív zónában lévő Ca2+-csatornákhoz kapcsolt CB1 receptorok attól eltérő, független szabályozás alatt lehetnek. Azaz a teljes axonvégződés receptortartalmából nem lehet a funkcionalitásra vonatkozó következtetést levonni” – mondta el Nusser. Ezt a kérdést csak direkt vizsgálattal lehet majd eldönteni, amikor olyan nagy feloldású mikroszkópiás technika áll majd a kutatók rendelkezésére, amely lehetővé teszi, hogy a funkcionálisan jellemzett idegsejtek aktív zónáiban határozzák meg a CB1 receptorok számát.
Nusser Zoltán és csoportjának fontos kutatási eredménye, hogy a szakirodalomban elsőként kétfoton-pásztázó mikroszkóp segítségével sikerült megállapítania az orvosi gyakorlatban is használt, de a kábítószerek között is nyilvántartott kannabisz és hasis hatóanyagainak pontos hatáshelyét. Sőt, immuncitokémiai módszerekkel az e vegyületekre érzékeny jelfogók mennyiségét is meg tudták határozni, ami érdekes módon nem volt arányban a gátló hatás mértékével. Nusser Zoltán és Somogyi Péter egy korábbi dolgozatukban azt találták, hogy ioncsatornákkal működő ingerületátvitel esetén szoros összefüggés van a jelfogók (receptorok) száma és a hatás között. Legutóbbi tanulmányukban viszont a kutatók azt bizonyították, hogy a G-fehérjéhez kapcsolt kannabinoid jelfogók esetén nincs ilyen összefüggés.
Az emberi gondolkodásban és érzelemvilágban fontos szerepet játszó agyterület, a hippocampus gátló idegsejtjei működésének és szabályozásának megismerése egyrészt a kannabisz hatásmódjára ad választ, másrészt a memóriatárolás, az agykérgi görcstevékenység vagy a komplex összetevőkkel jellemezhető pszichiátriai megbetegedések – mint például a skizofrénia – okainak megismeréséhez, terápiás lehetőségeinek kidolgozásához járul hozzá.