Ny grundläggande kunskap om tarmkanalens ”hjärna”
Forskare vid Karolinska Institutet har lyckats kartlägga vilka slags nervceller som ingår i mag-tarmkanalens nervsystem hos möss. De har också beskrivit hur de olika nervcellerna bildas under fosterutvecklingen. Det sker enligt andra principer än nervcellerna i hjärnan, enligt studien, som publiceras i dag i den vetenskapliga tidskriften Nature Neuroscience.
Vår cirka sju meter långa mag-tarmkanal innehåller ett eget nervsystem – det så kallade enteriska nervsystemet, ENS. Det fungerar självständigt, vilket har lett till att ENS ibland kallas för ”vår andra hjärna” eller ”bukhjärnan.”
ENS kontrollerar tarmens rörelser (dess peristaltik) samt dess vätskebalans och blodflöden. Men ENS kommunicerar också med vårt immunsystem och vår tarmflora. ENS har därför en systemisk påverkan på kroppen och anses vara inblandat vid många olika sjukdomar. Cirka 30 procent av befolkningen beräknas leva med permanenta besvär från mag-tarmkanalen.
Forskare från Karolinska Institutet har nu kartlagt vilka nervceller som ingår i ENS hos möss. Forskarna har använt sig av enkelcellssekvensering, en metod som gör det möjligt att se vilka gener som är aktiva i enskilda celler. På så sätt kan man sluta sig till vad olika celler har för funktion och sedan klassificera dem.
12 subgrupper identifierade
Enligt en grov indelning kan nervceller ha sensoriska eller motoriska funktioner eller vara så kallade interneuron. Forskarna har nu lyckats beskriva subgrupper av sådana nervceller – totalt har de identifierat och klassificerat tolv olika slags nervceller i ENS. Det rör sig om bland annat subgrupper av sensoriska nervceller, där vissa aktiveras av ämnen i tarmkanalen och påverkar immunförsvaret medan andra stimuleras mer mekaniskt.
Forskarna har också studerat hur mag-tarmkanalens nervceller utvecklas under fosterstadiet. Det sker enligt andra principer än hur nervceller i centrala nervsystemet, CNS, bildas. I CNS mognar nervcellerna fram från stamceller som redan är ”förprogrammerade” att bilda en viss typ av nervcell. Detta styrs utifrån var de befinner sig – olika slags nervceller behövs på olika platser i centrala nervsystemet. Men i ENS behövs samma sammansättning av nervceller längs hela tarmen. Det är därför oklart hur cellerna i ENS ”vet” vad de ska utvecklas till.
I den här studien har forskarna kunnat visa att olika celltyper i ENS bildas i en förändringsprocess som sker efter att cellerna har mognat fram till nervceller. Forskarna har också identifierat en transkriptionsfaktor, Pbx3, som spelar en viktig roll i denna transformation.
Nästa steg
– Det vi närmast kommer att gå vidare med är att systematiskt aktivera de olika nervcellerna i det enteriska nervsystemet hos möss och studera hur mag-tarmfunktionerna påverkas. På så sätt kan vi få fram detaljerad kunskap om funktionen hos de olika nervcellerna. I framtiden kommer man därmed bättre kunna bena ut nervcellernas roll vid olika tarmsjukdomar samt identifiera måltavlor för ny medicin, säger Ulrika Marklund, forskare vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Karolinska Institutet och studiens sisteförfattare.
– Våra nya kunskaper om bildandet av ENS kommer också att öppna upp för bättre metoder att ”producera” specifika enteriska nervceller. På längre sikt kan man tänka sig stamcellsbehandlingar, där nervceller i det enteriska nervsystemet återskapas, vilket skulle kunna bota eller lindra olika tarmsjukdomar. Men där är vi ännu inte, säger Ulrika Marklund.
Studien är finansierade med medel från bland annat Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Svenska Läkaresällskapet, Ruth och Richard Julins Stiftelse, Ollie och Elof Ericssons Stiftelse, Magnus Bergvalls Stiftelse, Hjärnfonden och Åke Wibergs Stiftelse.
Publikation
”Diversification of molecularly defined myenteric neuron classes revealed by single cell RNA-sequencing”, Khomgrit Morarach, Anastassia Mikhailova, Viktoria Knoflach, Fatima Memic, Rakesh Kumar, Wei Li, Patrik Ernfors och Ulrika Marklund, Nature Neuroscience, online 7 december, 2020, doi: 10.1038/s41593-020-00736-x