Hermokudoksen tukisolujen (astrosyyttien) välittämän aivoverenkierron säätelyn molekulaariset mekanismit

Hankkeen johtajat: KAI KAILA¹, BRIAN A. MACVICAR² 

¹Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteiden laitos, ²University of British Columbia, Vancouver, Kanada 

Aivojen osuus lepäävän ihmisen energiankulutuksesta on moninkertainen niiden painoon nähden. Varsinkin pikkulapsilla tämä korostuu: jopa yli puolet energiankulutuksesta voi tapahtua aivoissa. Tämä edellyttää tehokkaita aivoverenkierron säätömekanismeja, jotta aivokudos saisi hermostollisen toiminnan vaihdellessa koko ajan tarvitsemansa määrän ravintoa ja happea. Ohjaus perustuu verisuonten läpimitan muuttumiseen aivokudoksen paikallisen toiminnan mukaan. Aivokudoksessa hiussuonien tiheys on tavattoman korkea: kunkin hermosolun maksimietäisyys lähimpään hiussuoneen on alle yhden kymmenesosamillimetrin. 

Aivoverenkierron säätelymekanismeja tunnetaan huonosti vaikka niitä on pitkään tutkittu. Useista säätöön osallistuvista mekanismeista on olemassa viitteitä ja kokeellista näyttöä, mutta kokonaiskuva puuttuu. Edistyksestä tällä alalla olisi hyötyä aivojen normaalitoiminnan sekä erilaisten sairauksien perusmekanismien tutkimuksessa. Lisäksi tällä tiedolla on keskeinen merkitys uusilla kuvantamismenetelmillä saadun tiedon tulkinnassa, sillä monet niistä (esim. funktionaalinen magneettiresonanssikuvaus, fMRI) perustuvat aivoverenkierron ja veren hapetusasteen paikallisiin muutoksiin.  

Aivojen solurakenteita tarkasteltaessa huomio kiinnittyy astrosyyteiksi kutsuttujen tukisolujen muotoon: niiden ulokkeet levittäytyvät sekä hermosolujen että verisuonten pinnalle ja monet astrosyyttien tunnetuista tehtävistä selittävät tämän rakenteen tarkoituksenmukaisuuden. Tähän hankkeeseen Kanadasta osallistuva Brian MacVicarin ryhmä julkaisi hiljattain merkittäviä tuloksia astrosyyttien kalsiumsignaalien ohjaamista pienten pikkuvaltimoiden läpimitan muutoksista (Nature 2004, 431:195-199). Kai Kailan, Juha Voipion ja Claudio Riveran tutkimusryhmät ovat puolestaan selvittäneet useita molekyylitason mekanismeja (Nature 1999, 397:251-255; J. Neurosci. 2004, 24:2699-2707), jotka säätelevät hermoverkkojen toiminnan kypsymistä yksilönkehityksen aikana ja jotka myös kytkevät hermosolujen toiminnan astrosyyttien toimintaan. Yhdistämällä ryhmien tulokset syntyi tarkka hypoteesi mekanismista, jolla hermosolujen toiminta voi ohjata hyvin nopeasti ja tehokkaasti paikallista aivoverenkiertoa. NEURO-ohjelman rahoitus mahdollistaa tämän hypoteesin kokeellisen tutkimisen suomalaisten ja kanadalaisten tutkijoiden yhteishankkeena.