Rola miedzi w mózgu

Na przestrzeni lat stwierdzono, że miedź odgrywa istotną rolę w mózgu człowieka. Niewłaściwe utlenianie miedzi jest związane z kilkoma zaburzeniami neurologicznymi – chorobą Alzheimera, Parkinsona, Menkesa i Wilsona. Miedź zidentyfikowano również jako istotny składnik enzymów, które odpowiadają za aktywacje neurotransmiterów w mózgu, jako odpowiedź na bodźce. Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z U.S. Department of Energy (DOE)’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) wykazały, że odpowiedni poziom miedzi jest również niezbędny dla mózgu będącego w stanie spoczynku[1].

Rola miedzi w mózgu

Rys.1 Lokalizacja hipokampu w mózgu

„Korzystając z nowych technik obrazowania molekularnego, zidentyfikowaliśmy miedź jako dynamiczny modulator spontanicznej aktywności. Pozwala on na aktywność neuronów bez udziału bodźców. Dokładnie tak, jak podczas snu lub snu na jawie, który pozwala na odpoczynek,” wyjaśnia Chris Chang (Berkeley Lab’s Chemical Sciences Division, USA). To on prowadził i koordynował badania.

„Tradycyjnie, miedź jest uznawana za statyczny kofaktor metaboliczny, który musi być ukryty w obrębie enzymów. Jest to związane z ochroną organizmu przed wytwarzaniem reaktywnych form tlenu i działaniem wolnych rodników,” dodał Chang.

Mimo tego, że ludzki mózg stanowi zaledwie 2% całkowitej masy ciała, zużywa on 20% tlenu otrzymywanego w wyniku oddychania. Tak wysoki popyt na tlen i metabolizm oksydacyjny skutkuje najwyższymi poziomami (względem reszty organizmu) miedzi, a także żelaza i cynku w mózgu. W ciągu ostatnich kilku lat, Chang i jego zespół badawczy UC Berkeley opracowali szereg sond fluorescencyjnych do obrazowania molekularnego miedzi w mózgu.

„Brak dynamicznych metod monitorowania zmian miedzi w organizmach żywych utrudnia określenie złożonych relacji między obecnością miedzi, a występującymi chorobami,” komentuje Chang.

W ostatnim badaniu Chang i jego grupa opracowali fluorescencyjną sondę o nazwie Cooper Fluor – 3 (CF3). Może ona być stosowana do jedno- lub dwufotonowego obrazowania jonów miedzi. Nowa sonda pozwala badać potencjalny wkład do komunikacji komórkowej luźno powiązanych form miedzi w neuronach hipokampu[2] i tkance siatkówki.

„CF3 jest bardziej hydrofilową sondą w stosunku do innych już stworzonych. Daje dzięki temu bardziej równomierne wybarwienie i przez to nadaje się zarówno do komórek jak i tkanek. To pozwala nam wykorzystywać zarówno konfokalne i dwufotonowe metody obrazowania, gdy używamy Ctrl – CF3. Jest to specjalne połączenie sondy oraz dodatkowego barwnika,” mówi dalej Chang.

Stosując kombinację CF3 i Ctrl – CF3, Chang i jego zespół wykazali, że neurony i tkanki nerwowe utrzymują zapasy luźno związanej miedzi. Mogą być one zmniejszane przez chelatowanie tworząc tzw. „labilne pola miedzi” (ang. labile copper pool). Ukierunkowane przerwanie labilnych pól miedzi chelatowaniem lub obniżeniem do minimum genetycznego kanału jonowego miedzi zwanego CTR1 (transporter miedzi 1) pozwala przeprowadzić analizę. Zmianie ulega bowiem spontaniczna aktywność neuronowa w okolicy hipokampu i obwodów siatkówki.

Wykazano, że dodanie czynnika cheltującego miedź: disulfonianu batokuproiny (ang. BCS – bathocuproine disulfonate) moduluje komunikację miedzi, co przekłada się na aktywność nerwową.

Wyniki tego badania wskazują, że nieprawidłowa gospodarka miedzi w mózgu jest związana z chorobami Wilsona, Alzheimera i innymi zaburzeniami neurologicznymi. Może przyczynić się to także do nieprawidłowej łączności między komórkami.

„Nasze wyniki mogą mieć znaczenie terapeutyczne. Pozwolą wyjaśnić czy pacjent potrzebuje suplementów miedzi czy chelatorów miedzi. Będzie to uzależnione od tego, jaka ilość miedzi występuje w określonych obszarach mózgu,” dodał na zakończenie Chang.

  1. Sheel C. Dodani, Alana Firl, Jefferson Chan, Christine I. Nam, Allegra T. Aron, Carl S. Onak, Karla M. Ramos-Torres, Jaeho Paek, Corey M. Webster, Marla B. Feller, Christopher J. Chang.Copper is an endogenous modulator of neural circuit spontaneous activity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; 111 (46): 16280 DOI: 1073/pnas.1409796111
  2. http://www.pnas.org/content/111/46/16280
  3. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141126124411.htm

Opracował: Łukasz Kurach

Korekta: Karol Madejczyk

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*