A munkacsoport tagjai (balról): Nánásiné Molnár Tímea Krisztina, Szücs Péter, Kókai Éva, Varga Angelika, Mészár Zoltán.

A fájdalom enyhítése az orvostudomány egyik fő feladata. Mivel tud ehhez hozzájárulni az olyan alapkutatás, mint az önöké?

Szücs Péter: A mi szakterületünk a gerincvelő, amely a fáj­dalomfeldolgozás elsődleges állomása. Nem kérdés tehát, hogy minden információ, ami közelebb visz bennünket e rendszer megértéséhez, közelebb visz a fájdalom­csillapítás eszköz­tárá­nak bővítéséhez, illetve olyan típusú fájdalmak enyhítéséhez, amelyekhez jelenleg nem állnak rendelkezésre hatékony módszerek. Tudjuk például, hogy a gerincvelő hátsó szarvában he­lyezkednek el azok az idegsejtek, amelyek a test felszínéről (a perifériáról) érkező fájdalmas és ártalmatlan stimulusokat, valamint az agy különböző központjaitól érkező úgy­nevezett leszálló serkentő/gátló parancsokat integrálják, így meghatározó szerepük van a fájdalom­érzet kialakulásának szabályozásában. Arról viszont, hogy a fájdalmas ingerek feldolgozása milyen molekuláris mechanizmu­sok által szabályozódik, még mindig elégtelen információ áll rendelkezésre. A Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal FK_125035 pályázata, valamint a NAP2 program keretében a munka­csoportunk éppen ezért tűzte ki célul a gerincvelői neuron­­hálózatok szerveződé­sének molekuláris szintű megismerését, illetve a gerincvelői szinten megvalósuló fájdalom­­moduláció megértését. Eredményeink hozzá­járulnak azoknak a neuro-epigenetikai szabályozó és finom­hangoló mechaniz­musok­nak a megértéséhez, melyek a szöveti sérülés által előidézett idegi aktivitás­­fokozódás­hoz, majd következmé­nyes fokozott fájdalom­érzet­hez vezetnek, és ezzel közelebb vihetnek egy olyan terápia ki­dol­go­zásához, amivel az égési sérülés miatt kórosan csök­kent ­fájdalom­küszöböt (az úgynevezett hő-hiperalgéziát) a normá­lis közelébe emelve lehetne enyhíteni a beteg fájdalmait.
Újfajta biotechnológiai megközelítésünk pedig egyéb neurológiai kórképek célzott vizsgálatában is hasznos lehet.

Hogyan kerültek képbe kutatásaik során a hisztonfehérjék, illetve a dinorfinerg neuronok?

Varga Angelika: A londoni Imperial College-ban dolgozó dr. Nagy István vezetésével végzett kollaborációs kutatások alapján azt már kísérleteink beállítása előtt is tudtuk, hogy a gerincvelő hátsó szarvi neuronjaiban a hiszton H3 foszforilációja az Erk-MSK1/2 útvonalon keresztül valósul meg nociceptív stimulus hatására, mely jelátviteli kaszkád végül a viselkedés szintjén hő-hiperalgéziát eredményez. Megfigyeltük azt is, hogy a hiszton H3 foszforilációját végző útvonalak blokkolásával – a foszforilációért felelős MSK1/2 enzim enzimatikus vagy genetikai blokkolásával – a kísérleti állatok fájdalom­érzete meg­változtat­ható. Azt viszont, hogy ebben a folyamatban melyik hátsó szarvi idegsejt­csopor­tok vesznek részt, ekkor még nem tudtuk. Az első lépés tehát ezeknek a neuron­csoportok­nak az azonosítása volt. Azt találtuk, hogy a dinorfinerg ideg­sejtek azok, amelyek leginkább érintet­tek ebben a folyamatban, ezért innentől kezdve erre a neuron­csoportra koncentráltunk.

A dinorfinerg sejtek azonosítása után hogyan jött képbe a géneditáció?

Szücs Péter: A jelenlegi NAP-pályázat kezdetén az idegsejtek működéséért felelős ion­csatornák genetikai módosításá­val is kívántunk foglalkozni. Az erre való technikai elő­készületek során akadt a kezünkbe egy japán szerzők által jegyzett köz­lemény, amely kiindulási pontként szolgált a géneditálási stratégiánk kidolgozásához. Célunk az volt, hogy kizárólag a gerincvelői dinorfinerg idegsejtekben idézzünk elő pont­mutációt a hiszton H3-ban, hogy ne történhessen meg a foszfo­riláció az adott aminosavon (szerin 10). Mivel a H3 foszforilá­ciója egyébként a sejtosztódáskor is esszenciális folyamat, a minden testi sejtet érintő hiszton H3 manipuláció katasztrofális következményekkel járna, emiatt tehát nem volt járható út számunkra például a konvencionális knockout megközelítés.

Milyen elven működik az önök által kifejlesztett pontmutációs eljárás?

Mészár Zoltán: Technikánk virális transzfer eljáráson alapul (hasonlóan egyes COVID–19 elleni vakcinákhoz), vagyis a sejtekbe vírus segítségével juttatunk be idegen DNS-t. Az általunk megalkotott vírusvektor a CRISPR/cas9 gén­editálási technika alkotóelemeit kódoló génszakaszokat tartalmazza. Az alkalmazott nem patogén vírus idegsejteket fertőz ugyan, de nem replikálódik a sejten belül, és betegséget sem okoz. Ráadásul a rendszer elemeit úgy hangoltuk, hogy azok kizárólag a gerincvelői dinorfinerg sejtekben működjenek.

A vírus bejuttatására szolgáló ún. intratékális kanül lokalizációjának ellenőrzése mikro-CT-vel. A vírust ily módon közvetlenül a gerinc­folyadékba juttatja be egy, a kanülhöz rögzített ozmotikus minipumpa.

Az új technika kidolgozását természetesen in silico kezdtük, vagyis először számítógépen szerkesztettünk egy olyan DNS-szekvenciát, amely a vad típusú hisztonfehérjét kiik­tatja az idegsejtekből, és ezzel egy időben a pontmutált hisztonfehérje kifejeződését biztosítja. Ezt a mesterséges DNS-szakaszt aztán beépítettük a már említett vírustörzsbe. E be­avatko­zást követően a célba vett dinorfinerg sejtekben már kizárólag csak ez a mutáns hiszton­fehérje fejeződik ki, a sejtek már csak ezt a fehérjét tudják a további fiziológiai folyamataikhoz felhasználni.

Megbeszélés a konfokális felvételről (balról): Mészár Zoltán, Varga Angelika, Szücs Péter.

Kísérleteink alapján egyébként úgy tűnik, hogy ez a bio­tech­noló­giai stratégia alkalmas lesz arra, hogy ennek segítségével szét­válogassuk az ideg­sejtek párhuzamos feladatait. Képesek legyünk továbbá ezeket a fel­adato­kat szelektí­ven vizsgálni, hogy ezeket a funkciókat külön-külön tudjuk blokkolni vagy serkenteni. Mint ilyen, a karmester szerepét játszó hiszton­kód jobb meg­értéséhez, meg­fejtéséhez lehet kulcs, vagyis reményeink szerint más kutatók számára is hasznos eszköz lehet a jövőben.•

A publikációban szereplő kutatást az Innovációs és Technológiai Minisztérium (2017-1.2.1-NKP-2017-00002), valamint a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH, FK-125035) támogatja.