Ny mekanism för avkänning och reglering av pH i nervsystemet
Ryggmärgen har ett eget system för att känna av förändringar i pH, enligt en studie av forskare vid Karolinska Institutet. De nya fynden, som publiceras i tidskriften Current Biology, visar också att celler i ryggmärgens centralkanal reglerar pH-nivån om den avviker från normalt pH, något som annars kan ha en negativ påverkan på nervkretsars funktion.
Ryggmärgen förmedlar nervimpulser från hjärnan till kroppens olika delar och styr alla våra rörelser. I ryggmärgens mitt finns ett tunt rör, centralkanalen, som löper från hjärnan hela vägen ned till svanskotorna. Den innehåller cerebrospinalvätskan, som flödar runt hjärnan och ryggmärgen. Centralkanalen är beklädd av celler med flimmerhår. Cellernas funktion har länge gäckat forskare och varit föremål för många spekulationer.
– Vi har nu visat att de fungerar som sensorer och känner av surhetsgraden, det vill säga pH i cerebrospinalvätskan. Dessa pH-sensorer i centralkanalen visar på ett elegant sätt att detektera pH-förändringar, säger Sten Grillner vid institutionen för neurovetenskap vid Karolinska Institutet.
Två typer av molekyler
Varje cell har i cellmembranet två typer av molekyler som detekterar surhetsgraden. Den ena reagerar på surt pH och kallas ASIC3 och den som reagerar på basiskt pH kallas PKD2L1. Kroppens normala pH är 7,4. Nervcellers funktion är mycket känsliga för även små avvikelser från normalt pH och störningar i syra-bas-balansen. Forskarna bakom den aktuella studien visar att vid pH 7,4 har cellerna en mycket låg aktivitetsnivå, men så fort pH avviker från detta värde kommer antingen ASIC3-molekylerna eller PKD2L1-molekylerna att aktiveras beroende på om pH blir mer surt eller mer basiskt.
Avvikelser i pH leder till förändringar i nervsystemets mycket välreglerade mikrokretsar och är negativt för deras normala funktion. Därför är det viktigt att nervsystemet kan känna av pH-nivån.
Mjölksyra frisätts
När nervsystemet är aktivt frisätts mjölksyra och vid mycket hög aktivitet, som vid mycket intensiva rörelser eller epilepsi, leder detta till att pH i nervsystemet blir surare. Under vissa tillstånd som rubbar ämnesomsättningen kan man i stället få förhöjt pH. I studien visar forskarna också att ett sänkt eller förhöjt pH leder i båda fallen till att den motoriska aktiviteten i ryggmärgen hämmas. Cellerna med pH-sensorer i centralkanalen har nervförgreningar i ryggmärgen och kan frisätta en hämmande signalsubstans som heter somatostatin.
– När centralkanalcellerna detekterar en förändring i pH leder det till en hämning av ryggmärgens motoriska kretsar, vilket resulterar i mindre aktivitet. Detta bidrar i sin tur till att pH-nivåerna kan återställas till normal nivå, säger Sten Grillner.
Forskningen har finansierats med stöd av Vetenskapsrådet, EU:s sjunde ramprogram, Karolinska Institutets forskningsfonder, the Centre National de la Recherche Scientifique och the Muséum National d´Historie Naturelle.
Publikation
The Spinal Cord Has an Intrinsic System for the Control of pH
Elham Jalalvand, Brita Robertson, Hervé Tostivint, Peter Wallén and Sten Grillner
Current Biology, published online April 28 2016 doi: 10.1016/j.cub.2016.03.048