Mitochondriális károsodás diffúz axonkárosodásban: apoptotikus

A diffúz axonkárosodásra vonatkozó finomszerkezeti vizsgálatok egybehangzó megállapítása volt, hogy az axon-sérülés helyén károsodott mitochondriumok szaporodnak fel. Az érintett

axonszakaszokon már 5 perccel a trauma után ballonszerően duzzadt mitochondriumok jelennek meg, melyeknek általában már krisztái sem láthatók. David Okonkwo felismerése volt, hogy e jelenség morfológiailag teljesen megfelel a mitochondriális permeabilitási tranziciós pórus kinyílását

anyagok beáramlásához, következményes folyadék-akkumulálódáshoz, a mitochondrium

duzzadásához, a külsı, kisebb felülető membrán következményes szakadásához s az organellum pusztulásához vezet168,246,300

. Ez a fajta túlaktiválódás akkor jön létre, amikor a

citoplazmatikus/axoplazmatikus Ca²⁺-ból túlkínálat lévén a mitochondrium divalens kationokat halmoz fel, ezáltal fokozatosan felborítva a transzmembrán potenciált.

Hasonlóképp a pórus kinyílását eredményezheti annak calpain által történı részleges proteolytikus emésztése^6,85.

A MPT jelenségének kialakulását hatékonyan gátolja a transzplantációs gyakorlatban szervkilökıdés gátlására –tartós adagolásban- használt immunofillin, a cyclosporin A (CsA)21,49,70,91,96,125,134,178,235,275,296

. Habár a CsA-t korábban trauma modelleken nem alkalmazták, több munkacsoport igazolta, hogy a szer alkalmas lehet az ischaemiás eredető neuron-károsodás kivédésére a mitochondriumok mőködıképességének fenntartása, s az ionhomeostasis helyreállítása révén49,65,70,91,96,134,247,275,277

.

Az MPT jelenségének a DAI kialakulásában játszott szerepe tisztázásához döntıen hozzájárult Okonkwo és Povlishock úttörı jelentıségő kísérlete¹⁸⁷, mely igazolta, hogy a CsA harminc perccel a trauma elıtt adva képes kivédeni a sérült, tormagyökér peroxidázt akkumuláló axonokban a mitochondriális károsodás kialakulását. Túl ezen, huszonnégy órával a trauma után a CsA-elıkezelt állatokban a béta-amyloid precurzor proteint halmozó, azaz megszakadt

axoplazmatikus transzportot mutató, duzzadt axonok denzitása a DAI-nak kitett idegpályákban szignifikánsan lecsökkent¹⁸⁷. További kísérletek azt is igazolták, hogy a trauma elıtt, illetve után intraciszternálisan adott CsA a mitochondrium szerkezeti egységének és funkcionális állapotának megırzésén keresztül képes a proteolytikus folyamatoknak az energiaháztartás zavara által elıidézett tovaterjedését és felgyorsulását megakadályozni^31,184,215. Megfordítva: a mitochondriális károsodás befolyásolása kedvezı (gátló) hatással bírt az intraaxonális proteolízisre, valamint a citoszkeletális átrendezıdésre.

A michondriumok integritásának és a lokális energia-homeosztázis fenntartásának a károsodott axonok szerkezeti integritásának megırzésében játszott szerepét támasztják alá azok a megfigyelések is, melyek a hypothermia-kezelés jótékony (axonoprotektív) hatására vonatkoznak (ld. lent).

A CsA alkalmazásával nyert megfigyelések tették lehetıvé a DAI patogenesisének teljesebb feltárását, tisztázva a mitochondrium direkt károsodása, a mitochondriális

permeabilitási tranziciós pórus kinyílása és a proteolyticus folyamat kibontakozása közötti kapcsolatot. A mitochondriális permeabilitási pórus kinyílása, melyet DAI-ban a CsA-kezelés hatékonysága indirekt módon igazolt, továbbá a mitochodriumok elektronmikroszkóposan megfigyelt morfologiai változásai arra utaltak, hogy olyan proapoptoticus mediátorok

szabadulhatnak fel a károsodott axonokban (cytochrome c, apoptosis aktiváló faktor /APAF/, apoptosis indukáló faktor /AIF/), melyek további fehérjebontó enzimek aktiválódását is maguk után vonhatják, így a caspase enzimcsalád 3-mas számmal jelölt, az apoptózis folyamatában kulcsszerepet betöltı tagja is aktiválódhat 93,182,245,266,267,278

.

Ez az enzim a béta alegységnél támadva - szemben a calpainnal – irreverzibilisen hasítja a spectrin molekulát, ami ekkor teljes mértékben elveszíti a membránhoz való kötıdés képességét^287,289. Továbbá, elızetes vizsgálatok eredményei szerint, a caspase-3 esetleges aktiválódása a calpain fiziológiás gátló enzimjét, a calpastatint is hasítja, tovább gerjesztve ezzel a calpain

aktivitását176,206,257,288

. Ezen folyamatoknak az axonban történı esetleges aktiválódásának egyenes következménye csak az irreverzibilis axonkárosodás lehet.

Elvi kérdés természetesen, hogy az apoptotikus enzimek a neuron/axon-károsodás klasszikusan nekrotikus eredetőnek tartott modelljében, a DAI-ban szerepet játszhatnak-e?

Koponyasérülés során a mechanikai energia okozta elsıdleges károsodás mellett másodlagos autodestruktív folyamatok is elindulnak. Állatkísérletekben az alkalmazott modell típusától, az erıbehatás nagyságától, nemtıl és életkortól, sejttípustól és agyi régiótól függıen

különbözı sejthalál-mechanizmusok aktiválódnak. Az elmúlt évtized kutatásai során egyre több bizonyíték győlt össze a stroke, a neurodegeneratív betegségek, valamint a neurotrauma területén, amelyek megkérdıjelezik a jelenleg is érvényben lévı „nekrózis- apoptózis”

paradigma helyességét⁸⁷.

Jelenlegi ismereteink szerint a sejthalál-mechanizmusok jellemezhetık egyrészt a

mikroszkópos, illetve ultrastrukturális morfológiai képpel (fenotípus), valamint a genetikai program megvalósulása során zajló génexpressziós változásokkal (genotípus). A klasszikus nekrózis a membránintegritás megszőnésével, duzzadással, a sejtorganellumok szétesésével, valamint gyakran gyulladásos infiltrációval járó folyamat. A korábbi elképzelésekkel

ellentétben, amelyek a nekrózist kaotikus, mindenféle vezérlést nélkülözı folyamatnak tartották, újabban génexpressziós változásokat, és Ca²⁺ -függı, aktív proteolízist is sikerült igazolni, például Nematodákban. A mechanizmus kulcsenzimének a Ca²⁺ - aktivált cisztein proteázt, a calpaint, valamint az elsısorban a lizoszómákban megtalálható katepszint

ischaemiás vagy traumás sérülés nekrotikus fókusza körül elhelyezkedı „penumbra” területen fordul elı. Kulcsenzime a caspase, az aszparaginsav mellett hasító („cisztein-”) proteáz, amely intrinsic (mitochondrium károsodás) és extrinsic („halálreceptorok”) módon aktiválódhat.

Az apoptózisnak ugyancsak ismert caspase-tól független formája is, amelyben különbözı faktorok – mint az AIF vagy endonukleáz G (mitochondrialis nukleáz) – mediálják a programozott sejthalálra jellemzı fenotípus megjelenését^294,281.

Egyes vizsgálati eredmények szerint a sejtet ért inzultus (jelen esetben a mechanikai energia) erısségétıl, a Ca2+-felszabadulás mértékétıl, illetve az intracelluláris ATP-szinttıl függ, hogy a sejt a nekrotikus vagy az apoptotikus utat választja⁵⁶. Feltételezik azt is, hogy az egyik út gátlása a másik irányába terelné a sejtpusztulás kivitelezését^25,63,205. Természetesen mind a nekrózis, mind az apoptózis csak abból a genetikailag elıre meghatározott

eszközkészletbıl (jelátviteli utak, effektor proteázok stb.) válogathat, amelybıl a fiziológiás mőködések is¹⁴¹. Ezért az élettani illetve a különbözı noxák által elindított patológiás folyamatok a genotípusukban és ez által a fenotípusukban is hasonlíthatnak egymáshoz.

Egyes szerzık a nekrózist és az apoptózis egy képzeletbeli spektrum két szélén helyezik el, amely között bármilyen „hibrid” elıfordulhat²⁹⁴. Mások nekrózis, „nekrózis-szerő”,

„apoptózis- szerő”, és apoptózis kategóriákat használnak132,140,141

. Az eddigiekbıl jól kitőnik, hogy – habár különbözı sejthalál-típusokról beszélünk, és azok igen komplexek – ezek gyakran ugyanazokat a szignáltranszdukciós utakat használják⁶⁶. A kaszkádok effektorai az említett proteázok, amelyek egymás regulációjában is részt vesznek, jó példa erre a calpain és a caspase között feltételezett párbeszéd^172,287.