Do hlubin mikrosvěta molekulárních mechanismů psychedelik

27. 03. 2018 | 16:30
Přečteno 2742 krát
Netřeba asi zmiňovat, že v poslední době zažívá výzkum psychedelik renesanci a zájem o toto bádání přitahuje stále více odborné i laické veřejnosti. Jedním z takových případů je nedávno uvedená publikace Stevena Rehena a jeho týmu z Federální univerzity v Rio de Janeiru, jehož výzkum psychedelických komponent žabího „slizu“ a lidských mikromozků přinesl jeden z prvních vhledů do molekulárních mechanismů psychedelik.

V jednom z předchozích článků jsme se mohli dočíst o nevinně vyhlížející žabičce žijící v mexické poušti Sonora, která produkuje ve svých jedových žlázách psychedelický sekret. Touto žabičkou je ropucha coloradská (mnohým možná známá pod názvem Bufo alvarius), která kůží vylučuje sekret bohatý na psychedelické alkaloidy, jakými jsou například bufotenin (5-OH-DMT) nebo 5-methoxy-N,N-dimetyltryptamin (5-MeO-DMT).

Tyto látky se po chemické stránce velmi nápadně podobají jak neurotransmiteru serotoninu, jež se podílí na přenosu nervových vzruchů, tak i epifýzou produkovanému hormonu melatoninu. Jejich biologické vlastnosti jsou velmi blízké jiným psychedelikům, jakými jsou například psilocybin, vyskytující se v lysohlávkách, anebo DMT, které je součástí některých druhů jihoamerického psychedelického nápoje ayahuasca. A právě tento tryptamin vyskytující se v žabím sekretu, známý jako 5-MeO-DMT, sehrál klíčovou v roli ve velmi zajímavém výzkumu.

Od kmenových buněk po organoidy

V současné době je naše chápání fyziologické aktivity psychedelických látek velmi omezené. Příčinou tohoto stavu jsou v množství případů právní omezení výzkumu, ale mnohdy hraje roli i nedostatek adekvátních modelů pro experimenty. V průběhu posledních desetiletí došlo k poměrně velkému pokroku v rámci výzkumu kmenových buněk, respektive pak v procesu buněčného vyzrávání lidských pluripotentních[1] kmenových buněk do neuronů a následně pak do organoidů. To znamená, že v současnosti již umíme „vypěstovat“ zralé neurony a dokonce i samoorganizovat komplexní orgánové struktury zvané organoidy, které si můžeme představit s trochou nadsázky jako takové mikromozky rostoucí v láhvi.

Užitečnost organoidů tkví v tom, že jejich 3D struktura je složena z více buněčných typů, které se organizují do podobné strukturální soustavy, jako je tomu u lidského mozku. Proto lze na organoidech, lépe než na jednotlivých neuronech, reflektovat biologické funkce mozku zejména v rámci vývoje nervové tkáně, její degenerace a rovněž simulovat účinky prostředí třeba v souvislosti s neuronální plasticitou (vznik nových synapsí mezi jednotlivými neurony). Výzkum organoidů nám tak může přinést nový pohled na molekulární mechanismy lidského mozku pod vlivem psychoaktivních látek, a právě na tuhle otázku se zaměřil S. Rehen.

Jemu a jeho týmu se podařilo vypěstovat lidské progenitorové buňky (hNPC – human neural progenitor cells) [2] a organoidy, které po 45 dnech kultivace vystavili na dobu 24 hodin 5-MeO-DMT, a následně analyzovat jejich proteom (soubor proteinů produkovaný organismem na základě jeho genomu). Naměřená data byla nezávisle porovnávána s daty stejných hNPC a organoidů vystavených kontrolní látce a dále s výsledky měření hNPC a organoidů, které podstoupily podobný experiment s etanolem. A výsledky byly překvapivé.

Překvapení ukryté v nervovém spojení

První výsledky na lidských nervových progenitorových buňkách (hNPC) nepřinesly žádné přelomové informace. Byla sice zjištěna zvýšená exprese určitých proteinů (vznik nových proteinů na základě genomu), ale netýkala se proteinových receptorů pro serotonin, na které se 5-MeO-DMT váže. Diagnostika změn apoptózy (programované buněčné smrti), množení a vyzrávaní buněk vyšla rovněž neprůkazná. Zajímavá data ukázalo až kvantifikování aspektů komplexity nervových buněk (což v běžné řeči znamená měření počtu propojení jednotlivých neuronů), při kterém vyšlo najevo zvýšení počtu synapsí mezi buňkami vystavenými působení 5-MeO-DMT. Avšak ani přes tento mírný trend nebyla výsledná data nijak statisticky významná. Příčinou, proč se změny u hNPC neprojevily po aplikaci s 5-MeO-DMT tak význačně, může být jejich nízká buněčná rozmanitost. Organoidy naproti tomu dokážou mnohem lépe simulovat složitost a komplexitu nervových obvodů lidského mozku, díky čemuž je možné lépe studovat účinky psychedelik na buněčné úrovni.

Kvůli složitosti organoidního systému byl zaveden mnohem širší způsob analýzy, zásluhou čehož bylo možné detekovat potenciálně významné účinky 5-MeO-DMT. Tato analýza umožnila identifikaci 6728 proteinů s objevem páru jedinečných peptidů ve dvou ze tří zkoumaných vzorků. Mezi všemi skupinami, které byly zkoumány, se 99 % identifikovaných bílkovin shodovalo, což jasně dokazuje efektivitu celého výzkumu. Z celkového počtu identifikovaných proteinů bylo zjištěno 934 proteinů se změněnou mírou exprese, kdy 360 podléhalo downregulaci (snížení tvorby) a 574 upregulaci (zvýšení tvorby). Tyto změny up a downregulovaných proteinů pak následně definovaly změny jistých biologických funkcí.

Prvním z biologických účinků u organoidů vystavených terapií s 5-MeO-DMT byla modulace zánětlivého procesu a podpora imunitního systému. Inhibicí určitých signálních drah v buňce ovlivňuje 5-MeO-DMT regulaci prozánětlivých a protizánětlivých markerů a podněcuje tvorbu T-lymfocytů. Tento tzv. imunomodulační potenciál byl hlášen již dříve u jiných psychedelik serotonergního typu jako jsou diethylamid kyseliny lysergové, běžné známý jako LSD, nebo u MDMA.

Vyvolaná změna exprese proteinů (především pak plexinu) podněcuje změny buněčné kostry neboli cytoskeletu a stimuluje tak vývoj nových spojů mezi jednotlivými neurony. Na tvorbě těchto nově vzniklých spojů se podílí i další protein nesoucí název srGAP, tentokráte v roli regulátoru uspořádání nových synapsí. Jeho zvýšená produkce umožňuje rychlejší tvorbu jednotlivých spojů mezi neurony. Dále je tento protein klíčový pro tvorbu tzv. long-term potentiation (LTP), čili dlouhodobého zesílení synaptického přenosu mezi neurony, majícího zásadní vliv na kognitivní funkci mozku, učení a paměť. Stručně řečeno, organoidy vystavené 5-MeO-DMT tvořily mezi svými nervovými buňkami nové spoje. Tyto závěry byly potvrzeny i nezávisle pod mikroskopem u imunohistochemicky barvených řezů daných mikromozků. Zbylé organoidy, které byly vystaveny pouze kontrolnímu roztoku anebo etanolu, žádné změny nevykazovaly.

Na první pohled by se mohlo zdát, že toto zjištění není nikterak přelomové. Vezmeme-li ale v potaz, že výzkumná skupina z Rio de Janeira je prvním vědeckým týmem, kterému se podařilo prokázat přímý vliv 5-MeO-DMT na tvorbu nových nervových spojení in vitro, tedy na mechanismus spojovaný s antidepresivními účinky, dojdeme k závěru, že tento důkaz by mohl mít velkou potenci v rámci dalšího využití psychedelik k léčebným účelům. Přiklání se tomu i objev upregulace integrinů – proteinů podílejících se na příznivém účinku antidepresiv. Tato odchylka od normy byla již dříve objevena u pacientů s depresivní poruchou, kteří pozitivně reagovali na léčbu antidepresivy. Rehen a jeho tým se snaží vysvětlit, proč je léčba depresí na principu psychedelických látek tak účinná, neboť zde nejspíše jednu z hlavních rolí sehrává i ovlivnění tohoto proteinu.

Dále stojí za zmínku změna regulace proteinu mGluR5, který je spojován se závislostí na některých medikamentech a alkoholu. Bylo dokázáno, že laboratorní myši postrádající gen mGluR5, mají sníženou náklonnost k těmto látkám Je tedy možné, že by nám psychedelika mohla pomoci pochopit i tyto duševní stavy z biochemického pohledu. Každopádně se zatím jedná pouze o „první vlaštovky“ a k pádným závěrům a plnohodnotnému pochopení těchto principů povede ještě dlouhá cesta.

Zpátky do makrosvěta

S. Rehenovi a jeho spolupracovníkům se tímto výzkumem podařilo nastínit, kterým směrem by se eventuálně mohl ubírat výzkum psychedelik pro komplexnější pochopení jejich účinků na molekulární úrovni. Psychologické účinky, jakými jsou změny vnímání, myšlení, synestézie a pseudohalucinace, jsou nám známy již delší dobu, ale princip molekulárních mechanismů těchto účinků na úrovni DNA nám byl dlouhou dobu záhadou. Prozatímní výzkum naznačuje, že modulace synapsí nervových buněk a jejich buněčné plasticity indukované 5-MeO-DMT by mohla být přítomna i u jiných psychedelik. A vzhledem k aktivovaným buněčným procesům se zdá zřejmé, že psychologické účinky 5-MeO-DMT jsou úzce spojeny s milisekundovými změnami metabolismu vápníku na membráně neuronů. Avšak pro ověření tohoto tvrzení bude muset jít výzkum mnohem hlouběji, aby podrobněji prozkoumal zákonitosti účinků 5-MeO-DMT a rovněž i jiných psychedelicky aktivních látek.

Jakub Fojtík
Česká psychedelická společnost

Poznámky

[1] Pluripotentní kmenové buňky jsou buňky se schopností diferenciace (dělení) do specifického buněčného typu, např. nervových buněk (neuron), buněk sliznice střeva (enterocytu), buněk zralých kostí (osteocyt) atp.
[2] hNPC (human neural progenitor cells) jsou kmenové buňky se schopností diferenciace (dělení) do specifického buněčného typu, podobně jako buňky pluripotentní. Základním rozdílem mezi pluripotentními kmenovými buňkami a hNPC spočívá v tom, že kmenové pluripotentní buňky se mohou libovolně replikovat (množit), zatím co u hNPC je počet dělení omezen.

Literatura

DAKIC, Vanja, Juliana Minardi NASCIMENTO, Rafaela Costa SARTORE, Renata de MORAES MACIEL, Draulio B. DE ARAUJO, Daniel Martins-de SOUZA a Stevens K. REHEN. Short term changes in the proteome of human cerebral organoids induced by 5-MeO-DMT. Scientific Reports. 2017, 7(12863), 13. DOI: 10.1038/s41598-017-12779-5.
Weil, A. T. & Davis, W. Bufo alvarius: a potent hallucinogen of animal origin. J Ethnopharmacol 41, 1–8 (1994).

McKenna, D. J. Clinical investigations of the therapeutic potential of ayahuasca: rationale and regulatory challenges. Pharmacol. Ther. 102, 111–129 (2004).

Malenka, R. C. & Bear, M. F. LTP and LTD: an embarrassment of riches. Neuron 44, 5–21 (2004).
Chiamulera, C. et al. Reinforcing and locomotor stimulant effects of cocaine are absent in mGluR5 null mutant mice. Nat Neurosci 4, 873–874 (2001).

Lancaster, M. A. et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature 501, 373–379 (2013).

Sartore, R. C. et al. Trace elements during primordial plexiform network formation in human cerebral organoids. PeerJ 5, e2927(2016).

Blogeři abecedně

A Atapana Mnislav Zelený B Babka Michael · Balabán Miloš · Bartošová Ela · Bavlšíková Adéla · Bečková Kateřina · Bělobrádek Pavel · Beránek Jan · Berwid-Buquoy Jan · Bielinová Petra · Bína Jiří · Bízková Rut · Blaha Stanislav · Blažek Kamil · Bobek Miroslav · Boehmová Tereza · Brenna Yngvar · Bureš Radim · Bůžek Lukáš · Byčkov Semjon C Cerman Ivo Č Černoušek Štěpán · Česko Chytré · Čipera Erik · Čtenářův blog D David Jiří · Davis Magdalena · Dienstbier Jiří · Dlabajová Martina · Dolejš Jiří · Dostál Ondřej · Dudák Vladislav · Duka Dominik · Duong Nguyen Thi Thuy · Dvořáková Vladimíra F Fafejtová Klára · Fajt Jiří · Fendrych Martin · Fiala Petr · Fischer Pavel G Gálik Stanislav · Gargulák Karel · Geislerová Ester · Girsa Václav · Glanc Tomáš · Gregorová Markéta · Groman Martin H Halík Tomáš · Hamáček Jan · Hampl Václav · Hamplová Jana · Hapala Jiří · Hasenkopf Pavel · Hastík František · Havel Petr · Heller Šimon · Herman Daniel · Hilšer Marek · Hlaváček Petr · Hlubučková Andrea · Hnízdil Jan · Hokovský Radko · Honzák Radkin · Horký Petr · Hořejš Nikola · Hořejší Václav · Hradilková Jana · Hrstka Filip · Hřib Zdeněk · Hubinger Václav · Hülle Tomáš · Hušek Radek · Hvížďala Karel CH Charanzová Dita · Chlup Radek · Chromý Heřman · Chýla Jiří · Chytil Ondřej J Janda Jakub · Janeček Karel · Janeček Vít · Janečková Tereza · Janyška Petr · Jelínková Michaela Mlíčková · Jourová Věra · Just Jiří · Just Vladimír K Kania Ondřej · Klan Petr · Klepárník  Vít · Klíma Vít · Klimeš David · Kňapová Kateřina · Kohoutová Růžena · Kolaja Marcel · Kolínská Petra · Kolovratník Martin · Kopeček Lubomír · Kostlán František · Kotišová Miluš · Koudelka Zdeněk · Koutská Petra Schwarz · Kozák Kryštof · Krafl Martin · Krása Václav · Kraus Ivan · Kroupová Johana · Křeček Stanislav · Kubr Milan · Kučera Josef · Kučera Vladimír · Kuchař Jakub · Kuchař Jaroslav · Kukal Petr · Kupka Martin · Kuras Benjamin · Kutílek Petr · Kužílek Oldřich · Kyselý Ondřej L Laně Tomáš · Linhart Zbyněk · Lipavský Jan · Lipold Jan · Lomová Olga M Máca Roman · Mahdalová Eva · Maláčová Jana · Málková Ivana · Marvanová Hana · Mašát Martin · Metelka Ladislav · Michálek Libor · Miller Robert · Minařík Petr · Mrkvička Jan · Müller Zdeněk · Münich Daniel N Nacher Patrik · Nachtigallová Mariana Novotná · Návrat Petr · Navrátil Marek · Němec Václav · Niedermayer Luděk · Nouzová Pavlína · Nováčková Jana · Novotný Martin · Novotný Vít O Obluk Karel · Oláh Michal · Ouhel Tomáš · Outlý Jan P Pačes Václav · Palik Michal · Paroubek Jiří · Pavel Petr · Pavelka Zdenko · Payne Jan · Payne Petr Pazdera · Pehe Jiří · Pelda Zdeněk · Petrák Milán · Petříček Tomáš · Pfeiler Tomáš · Pilip Ivan · Pitek Daniel · Pixová Michaela · Plaček Jan · Podzimek Jan · Pohled zblízka · Potměšilová Hana · Pražskej blog · Prouza Tomáš R Rabas Přemysl · Rajmon David · Rakušan Vít · Ráž Roman · Redakce Aktuálně.cz  · Reiner Martin · Richterová Olga · Robejšek Petr · Rychlík Jan Ř Řebíková Barbora · Říha Miloš · Řízek Tomáš S Sedlák Martin · Seitlová Jitka · Schneider Ondřej · Schwarzenberg Karel · Skořepa Michal · Skuhrovec Jiří · Sládek Jan · Sláma Bohumil · Slavíček Jan · Slimáková Margit · Sobíšek Pavel · Sokačová Linda · Soukal Josef · Soukup Ondřej · Sportbar · Staněk Antonín · Stanoev Martin · Stehlík Michal · Stehlíková Džamila · Stránský Martin Jan · Strmiska Jan · Stulík David · Svárovský Martin · Svoboda Cyril · Svoboda Jiří · Svoboda Pavel · Sýkora Filip · Syrovátka Jonáš Š Šebek Tomáš · Šefrnová Tereza · Šimáček Martin · Šimková Karolína · Šlechtová Karla · Šmíd Milan · Šoltés Michal · Špinka Filip · Špok Dalibor · Šteffl Ondřej · Štern Ivan · Štern Jan · Štrobl Daniel T Telička Pavel · Titěrová Kristýna · Tolasz Radim · Tománek Jan · Tomčiak Boris · Tomek Prokop · Tomský Alexander · Trantina Pavel · Turek Jan U Uhl Petr · Urban Jan V Václav Petr · Vaculík Jan · Vácha Marek · Valdrová Jana · Vavruška Dalibor · Věchet Martin Geronimo · Vendlová Veronika · Vhrsti · Vích Tomáš · Vlach Robert · Vodrážka Mirek · Vojtěch Adam · Vojtková Michaela Trtíková · Výborný Marek · Vyskočil František W Walek Czeslaw · Wichterle Kamil · Witassek Libor Z Zádrapa Lukáš · Zaorálek Lubomír · Závodský Ondřej · Zelený Milan · Zeman Václav · Zima Tomáš · Zlatuška Jiří Ž Žák Miroslav · Žák Václav · Žantovský Michael Ostatní Dlouhodobě neaktivní blogy