Hjernen til små dyreplankton kan kaste lys over nevrodegenerative sykdommer

Dypt inne i hjernen vår ligger basalgangliene som kontrollerer bevegelsene våre. Her spiller hjernekjemikaliet dopamin en sentral rolle. Dopamin regulerer blant annet såkalt hemmende, eller inhiberende, nerveceller og sørger for at vi har jevne, kontrollerte bevegelser som til enhver tid er tilpasset situasjonen vi befinner oss i.

Parkinsons sykdom rammer de dopaminholdige nervecellene og hemmer på den måten dopaminutskillelsen. Dette rammer muskelkontrollen og kan gi vansker med å igangsette bevegelser, samt skjelvinger, stive muskler og dårlig balanse.

For å lære mer om hvordan dette systemet har blitt til under evolusjon og hva de mest sentrale delene i systemet er, har forskere ved Institutt for medisinske basalfag ved UiO og Sars senter for marin molekylærbiologi ved Universitetet i Bergen studert det lille marine kappedyret Oikopleura dioica, et ryggstrengdyr i slekt med virveldyrene.

600 millioner år gammelt kontrollsenter

– Oikopleura er en interessant art i denne sammenheng fordi den har slektskap til virveldyr helt tilbake til da virveldyrene først oppsto under evolusjonen for rundt 600 millioner år siden. Hjernen deres er også bygget etter samme molekylære mønsterskjema som den menneskelige hjernen. Vi ønsket å undersøke om det samme kontrollsenteret for bevegelse som vi mennesker har, også finnes hos Oikopleura, forklarer professor Joel Glover ved Institutt for medisinske basalfag, som har ledet studien.

Imidlertid har hjernen til Oikopleura gjennomgått betydelig miniatyrisering under evolusjonen. Den menneskelige hjernen har rundt 90 milliarder nerveceller, Oikopleura har bare 130. Med så få nerveceller var forskerne usikre på om de avgjørende elementene som kontrollerer bevegelse hos virveldyr fortsatt ville være til stede.

I den menneskelige hjernen er det rundt 400 000 nerveceller som bruker dopamin for å kontrollere basalgangliene. I Oikopleura fant forskerne bare to slike dopaminerge nerveceller. Glover og hans forskerteam rekonstruerte forbindelsene mellom disse to nerveceller til et lite nettverk bestående av omtrent ti hemmende nerveceller. De fant at denne kretsen var organisert på en veldig lik måte som de menneskelige basalgangliene. I tillegg fant forskerne at forstyrrelse av dopaminutskillelsen i nettverket påvirket måten Oikopleura beveget seg på.

Slående likhet med mennesker

– Hemming av dopaminsyntese eller ødeleggelse av de dopaminholdige nervecellene førte til at dyrene beveget seg mindre effektivt, noe som ligner veldig på det som skjer når nerveceller som skiller ut dopamin blir ødelagt ved Parkinsons sykdom. Likheten med mennesker er slående. Da vi så dyrene med dopaminmangel kjempe for å svømme uten å lykkes, var likheten med symptomer sett hos Parkinson-pasienter tydelig. Det er utrolig at en så betydelig effekt kan oppstå på grunn av feil ved kun et enkelt par små dopaminceller, sier førsteforfatter av studien Oleg Tolstenkov.

Forskeren innrømmer at funnet var uventet.

– Vi forventet å se en viss effekt av dopamin på bevegelse. Men at dopamin fungerer på så likt vis som hos mennesket, var et overraskende funn, sier han.

Felles forfedre med sammenlignbare nettverk

Funnene tilsier at den sentrale bevegelsesregulerende kretsen som sikrer effektiv bevegelse hos mennesker og andre virveldyr, må ha oppstått før virveldyrene utviklet seg.

– Enda mer påfallende er det at dette nettverket fortsatt kan fungere og skape effektiv bevegelse selv når antallet involverte nerveceller er ekstremt lavt. Vi mennesker har mange hundre tusen slike nerveceller, mens Oikopleura kun har en håndfull, sier Glover.

For fremtiden håper han at denne studien kan si mer om utviklingen av motorkontrollkretser hos virveldyr.

– Vi har fått vist at de sannsynlige felles forfedre til kappedyr og mennesker antagelig hadde et lignende nettverk. Dette gir oss mer kunnskap om dopaminets funksjon hos ryggstrengdyrene samtidig som det baner vei for dypere forståelse av hvordan basalgangliene fungere, sier Glover.

Les artikkelen

Tolstenkov O, Mikhaleva Y, Glover JC. A miniaturized nigrostriatal-like circuit regulating locomotor performance in a protochordate. Curr Biol. 2023 Sep 25;33(18):3872-3883.e6. doi:10.1016/j.cub.2023.08.015