Nisäkkäiden, kuten ihmisen, aivot ovat suuret, mutta aivojen vireystilaa ja aktiivisuuden tasoa ohjaa paljon pienempi joukko hermosoluja. Monet näistä soluista sijaitsevat aivorungossa, evolutiivisesti hyvin säilyneellä alueella, joka ohjaa mielialaamme, motivaatiotamme ja liikeaktiivisuuttamme. Millaisia aivorungon hermosolut ovat? Miten ne syntyvät yksilönkehityksen aikana? Miten virheet näiden hermosolujen kehityksessä vaikuttavat aivojen toimintaan ja yksilön käyttäytymiseen?
Professori Juha Partasen tutkimusryhmä Developmental neurogenetics Helsingin yliopiston bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta on lähestynyt näitä kysymyksiä tutkimalla geenisäätelyä kehittyvässä aivorungossa.
– Hermosolujen ilmiasu määräytyy pitkälti jo varhain alkiossa. Olemme osoittaneet, kuinka tietyt yksilönkehityksen aikana aktivoituvat avaingeenit, jotka ohjaavat muiden geenien luentaa, määrittävät solujen identiteetin, sanoo Juha Partanen.
– Viimeisten vuosien aikana tutkimusmenetelmät ovat kehittyneet valtavin harppauksin. Nyt voimme geeniluennan avulla seurata solujen erilaistumispolkuja ja tutkia mitä geenien toiminnassa oikein tapahtuu, kun solut lähtevät kehityksessään eri suuntiin – esimerkiksi erilaistumaan kohdehermosoluaan vaimentavaksi tai aktivoivaksi soluksi. Polut haarautuvat lopulta tuottaen sen valtavan monimuotoisen hermosolujen kirjon, johon aivojemme toiminta perustuu. Geeniluennan määrittämän identiteettinsä mukaisesti uudet hermosolut sijoittuvat aivoihin ja muodostavat yhteyksiä muiden hermosolujen kanssa.
Entä jos geeniluennan tienviitat ovat vinksallaan ja solut valitsevat väärän erilaistumissuunnan? Aivorungon alueella tällä näyttää olevan isoja vaikutuksia käyttäytymiseen.
– Olemme tutkineet hiiriä, joilla dopamiini- ja serotoniinivälittäjäainejärjestelmiä vaimentavien ja aktivoivien solujoukkojen erilaistuminen on pielessä. Nämä hiiret ovat yliaktiivisia, niillä on muutoksia impulssi- ja palkkiokäyttäytymisessä sekä oppimisessa. Yliaktiivisuutta voidaan lieventää lääkkeillä, joilla hoidetaan ihmisten hyperaktiivisuus- ja tarkkaavaisuushäiriöitä, Partanen kertoo.
– Ihmisellä monien käyttäytymishäiriöiden, kuten ADHD:n, kehitysbiologista taustaa tunnetaan yhä huonosti, aktiivisesta tutkimuksesta huolimatta. Emme vielä tiedä ovatko tutkimamme aivorungon hermosolut näissä häiriöissä osallisena. Kovin mielenkiintoisia ne käyttäytymisen säätelyn kannalta ainakin ovat, ja niistä on vielä paljon opittavaa, summaa Partanen.
Artikkelit:
Morello, Borshagovski, Survila, Tikker et al., 2020. Molecular fingerprint and developmental regulation of the tegmental GABAergic and glutamatergic neurons derived from the anterior hindbrain. Cell Reports 33, 198268. DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108268
Morello, Voikar et al., 2020. ADHD-like behaviors caused by inactivation of a transcription factor controlling the balance of inhibitory and excitatory neuron development in the mouse anterior brainstem. Translational Psychiatry 9,. DOI: 10.1038/s41398-020-01033-8 (in press)