Hjernens viktige vannkanaler

En gruppe forskere fra Universitetet i Oslo er blant de ledende i verden på vannkanalene i hjernen vår. Forskningen deres kan på sikt forbedre behandlingen av pasienter med hjerneslag og noen andre sykdommer som rammer hjernen.

HJERNEFORSKER: Forskningsgruppen til Ole Petter Ottersen ved Centre for Molecular Biology and Neuroscience (CMBN) står bak mye av den banebrytende forskningen på vannkanaler i hjernen. Foto: Ola Sæther(©)

Det er forskningsgruppen til Ole Petter Ottersen ved Centre for Molecular Biology and Neuroscience (CMBN) som står bak mye av den banebrytende forskningen på vannkanaler i hjernen. CMBN er ett av tre sentre for fremragende forskning knyttet til Universitetet i Oslo.

I samarbeid med nobelprisvinner i kjemi 2003, Peter Agre, fra amerikanske Johns Hopkins University, er forskerne på CMBN i ferd med å revolusjonere det rådende synet på hjernen som organ.

– Funnet av vannkanaler har ført til et paradigmeskifte innen cellebiologien, sier forsker og lege Mahmood Amiry-Moghaddam ved CMBN.

Han har forsket på vannkanaler siden feltets spede begynnelse sammen med forsker Erlend Nagelhus. Nagelhus er tilbake for fullt på CMBN, etter noen år i klinisk praksis ved Spesialsykehuset for epilepsi i Sandvika.

Hvorfor banebrytende?

Det er lett å ta i bruk store ord om nye oppdagelser innen forskningsverdenen, og kanskje spesielt innen et såpass ungt fagfelt som molekylærbiologien. Men at Nobelprisen i fjor gikk til nettopp Peter Agre for hans oppdagelse av det første aquaporinet, det vil si den første typen av de såkalte vannkanalene, viser at dette er en stor og fundamental oppdagelse. Agre publiserte sin forskning på den første vannkanalen så sent som i 1992, og det er sjelden en nobelpris går til en forsker bare elleve år etter.

Etter at den første vannkanalen ble funnet, nå kalt aquaporin1 eller AQP1, har forskerne identifisert elleve ulike vannkanaler hos pattedyr. Vannkanaler er imidlertid til stede hos planter, mikrober og virvelløse dyr, så vel som andre dyregrupper enn pattedyr.

– Dette viser at vannkanaler evolusjonært sett er en gammel ”oppfinnelse”, som er blitt bevart gjennom utviklingen. Derfor kan vi si at overføringsverdien av de resultatene vi har funnet i hjernen på mus, er gode i forhold til menneskehjernen, sier Ottersen, som berømmer sine kolleger ved CMBN for godt forskningssamarbeid.

Gåte i mange år

– Det var en sensasjon da Peter Agre i 1992 viste at det finnes proteiner som har en spesiell evne til å transportere vann, sier Ottersen. Vann kan passere gjennom cellemembraner ved hjelp av osmotiske krefter, men dette tar lang, lang tid, så forskere har lenge mistenkt at det i tillegg må finnes en rask og regulert måte for vann å bevege seg på inn og ut av cellene.

Allerede på midten av 1800-tallet etterspurte forskerne en slik mekanisme, og hundre år etter fant man ut at vann hurtig ble transportert over cellemembranen i røde blodlegemer. Det skulle imidlertid gå enda 40 år før selve vannkanalproteinet var isolert og sekvensert.

Følsom hjerne

Vannkanalene er ekstremt viktige i hjernen, et organ som er avhengig av et regulert og konstant, stabilt miljø. Hjernen er som kjent beskyttet av kraniet, som skal passe på organet ved slag og press utenfra. Imidlertid gjør dette hjernen svært følsom for trykkforskjeller innenfra. Økt vanntilstrømning til hjernen fører til økt trykk, som igjen kan få fatale konsekvenser.

Opphopning av vann i hjernen, såkalt hjerneødem, er en av de vanligste og mest kritiske tilstandene etter et slag og alvorlige hodeskader. Mange pasienter dør av dette. De norske forskerne har påvist at aquaporin4 (AQP4) spiller en avgjørende rolle i utviklingen av hjerneødem. Vannkanalene finnes i gliacellene, en type celler som fyller ut rommet mellom nervecellene i hjernen, og vannkanalene sikrer at hjernen har et fint og stabilt miljø slik at den kan fungere optimalt.

Ved slag slår vannkanalene imidlertid bein under sin egen funksjon: De tillater først vann å strømme inn, for så å forsvinne helt fra det skadede området. Det at AQP4 forsvinner helt, gjør at vannet ikke kan strømme ut igjen; det blir fanget her. Trykket øker dermed i hele hjernen, de områdene som er oversvømmet, skades. I tillegg berøres de tilstøtende områdene.

Mekanismene bak

Amiry-Moghaddam forteller at mekanismene bak dette fysiologiske fenomenet ble avslørt ved hjelp av en metodikk som nå er svært vanlig i biomedisinsk forskning. Nøkkelen er transgene mus, det vil si mus hvor genet for det proteinet som fester AQP4 til cellemembranen, er slått av. Festepunktet har fått det kryptiske navnet alpha-syntrophin, og dersom festepunktet er borte, forsvinner også vannkanalene.

– Ved å sammenlikne mus som manglet festepunktet, transgene mus, med vanlige mus, fant vi at de transgene musene fikk mye mindre skade etter hjerneslag. Vannansamlingene hos de transgene musene var mye mindre hos de vanlige musene. Det er derfor vi tror at AQP4 spiller en avgjørende rolle ved utvikling av hjerneødem, sier Amiry-Moghaddam.

Det Ottersen og hans medarbeidere ved CMBN nå ser for seg, er videre studier av AQP4 og alpha-syntrophin. Finner de ut hva som regulerer vannkanalene eller deres festepunkt, kan dette utvikles til medisiner som kan gis til pasienter med slag eller andre lidelser som fører til opphopning av vann i hjernen. Amiry-Moghaddam ser for seg en slik type medisin på markedet i løpet av de neste 15 årene, noe som vil revolusjonere behandlingen av denne pasientgruppen.

– Pasienter med hjerneødem blir i dag behandlet etter de samme prinsippene som for 80 år siden, forteller Ottersen.

Vannkanalene kan også spille en stor rolle ved sykdommer som epilepsi og migrene, et felt Erlend Nagelhus særlig skal konsentrere seg om i tiden framover.

Nobelprisvinner gjesteprofessor

Peter Agre

Nobelprisvinner Peter Agre er tilknyttet Universitetet i Oslo som gjesteprofessor og berømmer forskningsinnsatsen fra gruppen til Ottersen. – Samarbeidet med Ole Petter og gruppen hans har virkelig åpnet opp feltet rundt vannkanaler i nervesystemet. Uten deres ekspertise hadde vi aldri funnet vannkanalenes eksakte posisjon i gliacellene som omkranser blodårene i hjernen, sier Agre til Apollon. Agre krediterer særlig Ottersen for å være drivkraften i prosjektene og poengterer at han titt og ofte kommer med briljante ideer.

Agre ser fram til å tilbringe tid i Oslo, selv om det blir begrenset tid dette året på grunn av all oppmerksomheten rundt Nobelprisen.

Emneord: Medisinske fag, Basale medisinske, odontologiske og veterinærmedisinske fag, Molekylærmedisin Av Elisabeth Kirkeng Andersen
Publisert 1. feb. 2012 12:02
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere