Katona István mta.hu

Kutatási téma

Új szuperrezolúciós mikroszkópos eljárás kifejlesztése, amellyel lehetővé válik az idegsejtek összehangolt működését irányító jelpályák célzott vizsgálata

Az emberi agyban található és több száz sejttípusba tartozó 86 milliárd idegsejt működését rengeteg jelpálya koordinálja térben és időben precízen összehangolva. Élettani és kórélettani folyamatok során azonban a jelpályák molekuláris alkotóelemei eltérő módon és mennyiségben rendeződnek át a különböző sejttípusokban. Ennek célzott vizsgálata, habár rendkívül fontos lenne, az idegszövet összetettsége miatt rendkívül nehéz. Katona István kutatási programjának alapvető célja olyan új eljárás kidolgozása, amely lehetővé teszi egy adott jelpályában szerepet játszó fehérjék helyének nanométeres pontosságú lokalizációját és mennyiségi mérését, sejttípustól függően. További cél az így kapott molekuláris adatok vizsgálata az adott sejttípusok anatómiai és élettani paramétereinek tükrében. Az eredmények az epilepszia kezeléséhez járulhatnak hozzá.

Befogadó intézet

MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet

A kutatócsoport működési időszaka

2013-2018

A kutatócsoport tagjai

Lele Zsolt PhD, Nyilas Rita PhD, Dudok Barna, Pintér Balázs, Tischler Erika

Interjú a kutatóval

Az interjú 2013. augusztus 23-án jelent meg az mta.hu-n.

Az idegsejtek összehangolt működését irányító jelpályákat vizsgálja a Lendület program keretében Katona István. Az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben működő kutatócsoportjának egyik fő célkitűzése olyan új eljárás kidolgozása, amely egy adott jelpályában szerepet játszó fehérjék helyének nanométer-pontosságú meghatározását és mennyiségi mérését is lehetővé teszi. Eredményeik hozzájárulhatnak például az epilepszia kialakulásának jobb megértéséhez.

Az eredetileg ornitológusnak készülő Katona István figyelmét egy váratlan esemény fordította az agykutatás felé: „Idén lesz 20 éve, hogy még másodéves egyetemistaként bekerülhettem az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben az akkor 34 éves Freund Tamás csoportjába, aki huszonéves tanítványaival – akik ma már mind professzorok – fantasztikus alkotó légkört teremtett. Igazából ez fogott meg először: a hihetetlen lelkesedés, ahogy ezek a fiatalok készek voltak az életüket feltenni az idegrendszer szerkezetének és működésének felderítésére. Mivel a mikroszkóp mint vizsgálati eszköz és az idegsejtek lenyűgöző sokfélesége mint vizsgálati tárgy nagyon hasonló a távcsőhöz és az élővilág diverzitásához, a specializálódásom iránya a neurobiológián belül adott volt" – idézte fel a kezdeteket az mta.hu-nak a tudós.

Fehérjék nyomában

„Az agy a legbonyolultabb szervünk. A több száz sejttípusba tartozó 86 milliárd idegsejt összehangolt működését számtalan jelpálya irányítja. Élettani és kórélettani folyamatok során a jelpályák molekuláris alkotóelemei más-más módon és eltérő mennyiségben rendeződnek át a különböző sejttípusokban. Ennek a folyamatnak a célzott vizsgálata rendkívül fontos, de az idegszövet összetettsége miatt egyben rendkívül nehéz" – fejtette ki Katona István. Az MTA doktora az elmúlt évtizedben munkatársaival az úgynevezett endokannabinoid jelpályát tanulmányozta. Kimutatták, hogy epilepsziás betegeknél ez a szabályozási rendszer sokszor nem működik megfelelően. A működési zavar hátterében álló molekuláris folyamatok feltárása a Lendület program keretében folyó kutatás egyik célja. „Az epilepsziás betegek egy része sajnos nem reagál a ma elérhető gyógyszerekre, ezért a potenciálisan új gyógyszercélpontnak minősülő jelpályák tanulmányozása nagyon fontos feladat" – mutatott rá a szakember.

A vizsgálatok során a megfestett idegsejteket egy vadonatúj, úgynevezett szuperrezolúciós mikroszkóppal tanulmányozzák. A STORM „becenevű" mikroszkóp segítségével a fehérjék helyzete akár 20-40 nanométeres pontossággal is meghatározható. „A módszer előnye, hogy sok idegvégződésben több fehérjét vizsgálhatunk egyszerre, és feltárhatjuk, ha valamilyen élettani vagy kóros jelenség miatt megváltozik a mennyiségük vagy a térbeli elhelyezkedésük. Ráadásul ez a megközelítés lehetővé teszi, hogy célzottan tanulmányozzunk egyes idegsejttípusokat" – magyarázta a kutató. Az eljárás révén a szakemberek az adott idegsejttípus egészséges, illetve kóros működését, jellegzetességeit a molekuláris adatok tükrében figyelhetik meg: „Ez a megközelítés nagyon fontos, ugyanis egy betegségben gyakran sejttípus- vagy szinapszisspecifikus módon változik meg egy adott jelpálya működése, aminek hátterében sokszor csak nanométerekben mérhető, molekuláris szintű átrendeződés áll." A jelenségre konkrét példa Katona István és Chris Henstridge Budapesten dolgozó skót kutató közelmúltbeli felfedezése, amely rávilágított, hogy a súlyos szellemi fogyatékossággal járó, törékeny X kromoszóma nevű betegség egérmodelljében egy fontos szinaptikus jelmolekulát előállító enzim a megszokott helyétől mintegy 100 nanométerrel távolabb található. (A francia és amerikai munkatársaikkal közös tanulmányt a Nature Communications közölte tavaly.)

Támogató szakmai közösség

A csoportot befogadó intézet, az MTA KOKI laborhelyiségekkel, valamint két kutató és egy asszisztens bérének részleges fedezésével támogatja a szakemberek munkáját, de az intézet kimagasló műszerparkja szintén jelentős segítség. Az infrastrukturális és anyagi támogatás mellett Katona István a kutatóintézetre jellemző inspiráló légkört is kiemelte. „A KOKI az elmúlt húsz évben világszínvonalú kutatóhellyé vált. A kutatócsoportok legnagyobb része a világ bármely intézetében, egyetemén megállná a helyét. A kimagasló kutatói szürkeállományt és a jó kollegiális légkört tartom a legkomolyabb támogatásnak. Számos csoporttal együttműködünk konkrét tudományos problémák megoldásában, és csaknem napi szinten kérek segítséget szakmai tanácsok formájában a többi munkatársamtól is" - fogalmazott a tudós, aki szerint egy fiatal kutató hasonló támogató közeget keres elsősorban, amikor eldönti, hol szeretne kutatócsoportot alakítani.

Nemzetközi tapasztalat

Katona István Németországban, az Egyesült Államokban és Japánban is kutatott, több munkatársa szintén jelentős külföldi tapasztalatokkal rendelkezik. Lele Zsolt csoportvezető-helyettes Londonban szerzett PhD-fokozatot, majd évekig Németországban és Kanadában dolgozott. „Kimagaslóan tehetséges fiatal kollégám, Dudok Barna eredményei képezik pályázati célkitűzésünk egyik legfontosabb alapját. Még két további kutatót tervezünk alkalmazni a pályázat különböző szakaszaiban, akiket most keresünk, de az eddigi beszélgetések alapján bízom benne, hogy az egyikük egy hosszú évek óta külföldön dolgozó magyar kollégám lesz. Nyilas Rita munkatársnőm pedig később csatlakozik hozzánk" - mutatta be csapatát Katona István, kiemelve, hogy a csoport munkáját Pintér Balázs labormenedzser és Tischler Erika asszisztens segíti.

Katona István szakterületét az idegtudományok egyik legdinamikusabban fejlődő részének tartja: tizenöt éve, amikor e területet vizsgálni kezdték, mintegy 500 tudományos publikáció foglalkozott az endokannabinoid rendszerrel, jelenleg pedig az amerikai orvostudományi adatbázis 24 ezer cikket tartalmaz a témában. „A Lendület-pályázat keretében továbbfejleszteni kívánt mikroszkópos eljárás alapelveit 2006-ban dolgozták ki, szélesebb körben mindössze 2010 óta érhető el, ezért csak néhány egyszerűbb tanulmány foglalkozik a módszer idegtudományi felhasználásával. Ám úgy gondolom, hatalmas lehetőségek rejlenek benne, és – mivel viszonylag egyszerű kezelni – hamarosan világszerte az egyik legáltalánosabban használt mikroszkópos eljárás lesz. Ehhez szeretnénk mi is hozzájárulni a munkánkkal" – mondta a kutató.

A csoportvezető úgy látja: az élettudományok terén egy átfogó koncepció kidolgozása, következetes vizsgálata gyakran évtizedes folyamat, az adatok kiértékelése, az időközben felmerülő szükséges kontrollkísérletek pedig szintén időigényesek. Véleménye szerint a Lendület program legnagyobb előnye a hosszú távú kiszámíthatóság, ami kockázatosabb kutatási irányok kipróbálását is lehetővé teszi: „A rövidebb futamidejű, kisebb összegű pályázatok arra sarkallják a kutatót, hogy nagy biztonsággal megoldható, egyszerűbb tudományos kérdésekre próbáljon választ találni, mert a pályázat végén fel kell tudni mutatni az eredményeket. Így nem marad rá ereje, és nem is lesz érdekelt benne, hogy meglepő eredményekkel kecsegtető, de kockázatos irányokba induljon el, vagy nehezebb, több időt és nagyobb beruházást igénylő feladatokba fogjon, amelyek pedig komoly tudományos előrelépést jelenthetnének. Számunkra a Lendület-pályázat ebből a szempontból kimagasló lehetőség. Különösen azt az elemét tartom értékesnek, hogy ha sikerül valóban fontos eredményeket elérnünk, akkor az intézet költségvetésén keresztül hosszabb távon is támogathatja a munkánkat."