Ny studie avslöjar hur motoriska nätverk styr regeneration och neurogenes

Sedan början av 70-talet, då den första kartläggningen av ryggradens centrala mönstergeneratorer (CPG:s) gjordes, har man studerat hur nervceller i CPG:s styr och skapar olika rörelsemönster.

– Vi kan nu avslöja att lokomotoriska nervceller har en helt oväntad men väldigt viktig icke-motorisk funktion, genom att visa att de dynamiskt reglerarar neurogenes och regenerering efter skada, berättar Konstantinos Ampatzis, forskare vid institutionen för neurovetenskap och en av författarna till studien.

Vad har ni kommit fram till?

– Vi har lyckats identifiera att ryggradens lokomotoriska nervceller kan aktivera ryggmärgens stamcellpopulation, som kan generera nya nervceller hos den vuxna zebrafisken. Tack vare detta, tillsammans med långvarig rörelse under till exempel träning, får stamcellerna en kraftig synaptisk signal som gör det möjligt för dem att lämna sitt vilande tillstånd och förflytta/sprida sig .

Den omfattande analysen visar att acetylkolin är den signalsubstans som direkt påverkar stamcellerna genom nikotinkolinerga receptorer.

– Bland de kolinerga celler som ger denna oväntade signal kan vi bland annat identifiera kärncellerna i det lokomotoriska nätverket som kallas V2a-Interneurons, fortsätter Konstantinos Ampatzis.

Hur kan resultaten komma till användning?

‒ Det kanske viktigaste resultatet är en omfattande förståelse för den plasticitet och anpassning (mekanismer, strukturella förändringar) som utvecklas vid fysisk aktivitet och hur samma mekanismer ligger till grund för patogenicitet efter skada och/eller regenerering av ryggradens neuronala nätverk.

‒ Resultaten förväntas ha en betydande inverkan eftersom de lägger grunden för att utveckla nya, effektivare riktade behandlingar för restaurering av ryggmärgen efter skada", förklarar Konstantinos Ampatzis.

Studien omfattade en rad olika metoder inom neurovetenskap, som anatomi, elektrofysiologi, farmakologi och beteende hos den vuxna zebrafisken.

– Zebrafisken är idealisk för denna typ av studie eftersom den har ett anatomiskt enkelt nervsystem samtidigt som den besitter alla ryggraddjurs funktioner. Den har dessutom förmågan att återbilda vävnad efter skada, vilket innebär en oöverträffad tillgång till neuronala kretsar hos beteendedjur.

Vad är nästa steg?

– Nästa steg är att identifiera vilken typ av nervceller som föds under homeostas, träning och ryggmärgsskada. Vi behöver utvärdera om de nya nervcellerna ersätter de befintliga eller fungerar som tillägg på ryggmärgsnäten, säger Konstantinos Ampatzis.

Publikation

Locomotion dependent neuron-glia interactions control neurogenesis and regeneration in the adult zebrafish spinal cord
Chang W, Pedroni A, Bertuzzi M, Kizil C, Simon A, Ampatzis K
Nature Communications 12, 4857 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-25052-1