ATP

Badacze zauważyli, że podczas doświadczeń na neurogleju stale pojawia się dobrze znana cząsteczka, trifosforan adenozyny (ATP). Każdy student biologii wie, że jest ona podstawowym źródłem energii dla procesów zachodzących we wnętrzu komórek. Okazało się jednak, że ma ona również wiele cech, które sprawiają, że jest doskonalą cząsteczką przekazującą informacje między komórkami. Choć występuje niezwykle obficie we wnętrzu komórki, to w przestrzeni międzykomórkowej praktycznie jej brak. Jest mała, łatwo więc się rozprzestrzenia i szybko ulega rozpadowi. Właściwości te sprawiają, że przekazywane przez ATP nowe wiadomości nie mieszają się ze starymi. W neuronie ATP jest starannie upakowany i przechowywany wewnątrz zakończenia aksonów, skąd może być uwalniany do szczeliny synaptycznej razem z innymi neuromediatorami i podobnie jak one może migrować poza synapsy. W 1999 roku Peter B. Guthrie ze współpracownikami z University of Utah wykazał jednoznacznie, że pobudzone astrocyty uwalniaj ą ATP do otoczenia.

Tam wiąże się on z receptorami na sąsiednich astrocytach, powodując otwarcie kanałów jonowych i umożliwiając napływ jonów wapnia. Wzrost stężenia wapnia w cytoplazmie wyzwala w odpowiedzi dalsze uwalnianie ATP z komórek, wywołując reakcję łańcuchową aktywującą wszystkie astrocyty. Stopniowo wyłaniał się pełny model opisujący, w jaki sposób neuroglej otaczający akson czuje aktywność neuronów oraz jak taka informacja rozchodzi się wśród komórek glejowych. Powstający na błonie neuronów potencjał czynnościowy stymuluje komórki neurogleju leżące wokół aksonu do wydzielania ATP. To z kolei powoduje napływ jonów wapnia do wnętrza sąsiednich komórek, co zwiększa uwalnianie z nich ATP, aktywując tym samym transmisję sygnału wzdłuż pasma neurogleju, która w efekcie dociera do obszarów leżących bardzo daleko od neuronu rozpoczynającego proces komunikacji. Dopracowując naszą hipotezę, zadaliśmy sobie pytanie, jak neuroglej może wykrywać potencjał czynnościowy neuronów, jeśli nie tworzą one ze sobą połączeń synaptycznych, a w pobliżu synapsy nie występuje neuroglej aksonalny Neuromediatory nie dawały zadowalającej odpowiedzi, ponieważ nie były uwalniane z aksonów, a nawet jeśli były, to nie mogły działać w przypadkowych miejscach mózgu, gdyż dokonałyby tam spustoszenia.

Być może ATP, uwalniany łącznie z neuroprzekaźnikami podczas pobudzenia aksonów, w jakiś sposób przemieszcza się wzdłuż wypustek. Aby to zbadać, pobudzaliśmy elektrycznie czyste hodowle komórkowe aksonów DRG, a następnie analizowaliśmy skład pożywki. Wykorzystując enzym, zwany lucyferazą, który w obecności ATP katalizuje reakcję umożliwiaj ącą świecenie robaczków świętojańskich, wykryliśmy, że aksony uwalniają ATP ponieważ podczas powstawania potencjału czynnościowego pożywka się rozświetlała. Następnie dodaliśmy do hodowli komórki Schwanna i zbadaliśmy, czy w odpowiedzi na uwalniane z aksonów ATP nagromadzają się w nich jony wapnia. Okazało się, że tak. Gdy dodaliśmy jeszcze jeden enzym apyrazę (rozkładającą trifosforan adenozyny na tyle szybko, że nie dociera on do komórek Schwanna) neuroglej pozostał ciemny pomimo wyzwolenia potencjału czynnościowego w aksonach.