Vilniaus universiteto (VU) Gyvybės mokslų centro (GMC) Biomokslų instituto ir EMBL partnerystės instituto mokslininkė prof. Urtė Neniškytė pelnė prestižinę Europos mokslo tarybos (ERC) įsitvirtinančių mokslininkų dotaciją (Consolidator Grant). Jos projektui skirtas 2 mln. eurų finansavimas, patvirtinantis tyrimų, nagrinėjančių biocheminius žmogaus smegenų unikalumo pagrindus, svarbą ir potencialą. Šis tyrimas ne tik prisidės prie fundamentinių mokslinių klausimų sprendimo, bet ir atvers naujas neurologinių sutrikimų diagnostikos bei gydymo galimybes.

Pasak prof. U. Neniškytės, ši dotacija yra kiekvieno mokslininko svajonė, nes leidžia daryti tai, kas įdomiausia. Ji džiaugiasi, kad jos projektui „Sugars Maketh the Brain: Investigating the role of neuronal glycocalyx in shaping the architecture of emerging circuits (GLYCOCIRC)“ skirtas maksimalus finansavimas.

Kokybinis šuolis tyrimų srityje

„Visų pirma, mano projektas suteikia išskirtinę galimybę padaryti kokybinį šuolį mokslinių tyrimų srityje. Galime diegti naujas technologijas, pritaikyti pažangiausius metodus, kuriuos iki šiol galėjome taikyti tik su užsienio kolegų pagalba. Finansavimas leis ne tik įsigyti modernią įrangą, bet ir pritraukti talentingiausius protus“, – sako prof. U. Neniškytė.

Jos planuose – papildyti prie tyrimo dirbančią komandą, pasikviečiant prisijungti aukščiausio lygio mokslininkus, turinčius kompetencijų, kurių Lietuvoje dar nėra. Tai, pasak mokslininkės, ne tik sustiprins jos tyrimų grupę, bet ir praplės mokslinių temų lauką VU Gyvybės mokslų centre.

Bus tiriamos žmonių ir primatų smegenų ląstelės

Mokslininkė aiškina, kad viena iš naujų temų, planuojamų plėtoti projekto metu, yra iš žmogaus indukuotų pluripotentinių ląstelių išvedamos smegenų ląstelių kultūros: „Pluripotentinės ląstelės – tokios ląstelės, kurios tarsi apsimeta embrioninėmis ir iš jų gali išsivystyti bet kokia kitokia ląstelė. Tai suteikia galimybę dirbti tiesiogiai su žmogaus ląstelėmis, turinčiomis žmogaus genomą.“

Kitas projekto išskirtinumas – planas dirbti ne tik su žmogaus, bet ir su nežmogiškųjų primatų pluripotentinėmis ląstelėmis. Jų bus gaunama bendradarbiaujant su Getingene įsikūrusiu Vokietijos primatų centru (Deutsche Primatum Zentrum).

„Tai ypač svarbu, nes primatų smegenų medžiagos gauti praktiškai neįmanoma. Žmogaus smegenų ląstelių gauname bendradarbiaudami su neurochirurgais. Beveik visi jų pacientai sutinka atiduoti savo medžiagą moksliniams tyrimams. Gauti primatų medžiagos etiškai ir legaliai – labai sunku“, – teigia prof. U. Neniškytė.

Fundamentinis klausimas – žmogaus smegenų unikalumas

Vienas iš fundamentinių neurobiologijos klausimų – kodėl žmonių smegenys geba atlikti sudėtingas funkcijas, kurios išskiria mus iš artimiausių giminaičių, tokių kaip mažosios šimpanzės. Pasak mokslininkės, tam suprasti būtina tyrinėti tiek žmogaus, tiek nežmogiškųjų primatų ląsteles ir neuronus: „Matome kokybinį šuolį žmogaus pažintinėse funkcijose, tačiau norint suprasti jo kilmę, būtina gilintis į smegenų vystymosi skirtumus.“

Tyrimai rodo, kad žmogaus smegenys vystosi gerokai ilgiau nei primatų, o neuronų formavimasis ir specializacija vyksta lėčiau. Be to, mokslininkai pastebi unikalių sąveikų tarp neuronų ir kitų smegenų ląstelių, tokių kaip mikroglija ir astrocitai, būdingų tik žmonėms. Šie skirtumai gali paaiškinti mūsų gebėjimą mąstyti abstrakčiai, kurti kultūrą ir mokslą.

„Paraiškos, kurią aš pateikiau, klausimas buvo toks: kas gali būti tas biocheminis pagrindas? Čia prasimuša mano kaip biochemikės išsilavinimas. Kas yra tas biologinis pagrindas, kuris leidžia diferencijuoti šiuos procesus? Kuo žmogaus neuronai biochemiškai skiriasi nuo nežmogiškųjų primatų, kad jų sąveikos galėtų pasikeisti?“ – kelia klausimus prof. U. Neniškytė.

Cukrų vaidmuo smegenų veikloje

Pašnekovė aiškina, kad vienas iš jau atpažintų veiksnių šioje srityje – neuronų paviršių dengiančios cukrų molekulės. „Visi, kas mokosi biologijos mokykloje, yra girdėję apie glikokalikso sluoksnį – ląstelės paviršių dengiantį cukrų mišką. Glikokaliksas dengia kiekvieną mūsų ląstelę, o neuronų atveju jis tampa pirmuoju kontaktu tarp ląstelių. Paprastai sąveiką įsivaizduojame per baltyminius receptorius, tačiau pirmasis kontaktas vyksta būtent per cukrų molekules.

Šios molekulės yra svarbios ne tik neuronų jungčių formavimuisi, bet ir imuninės sistemos veiklai. Vystymosi metu mes prarandame apie pusę neuronų jungčių – tai natūralus procesas, kurį reguliuoja imuninės ląstelės. Glikokalikso sąveikos, neabejoju, yra esminės tiek formuojantis jungtims, tiek jas pašalinant“, – tvirtina prof. U. Neniškytė.

„Iš 60 glikokalikso formavimuisi svarbių baltymų net 13 yra specifiškai pakitę žmonėse. Įdomu, kad šios mutacijos atsirado tuo metu, kai žmogaus smegenys išskirtinai padidėjo vykstant evoliucijai. Tad tai gali būti vienas iš svarbiausių mūsų kognityvinio unikalumo veiksnių“, – svarsto mokslininkė.

Šiame tyrime ji siekia suderinti du esminius aspektus: evoliucinį ir mechanistinį: „Viena vertus, nagrinėjame, kaip glikokalikso pokyčiai veikia neuronų ir kitų smegenų ląstelių sąveikas. Kita vertus, dirbame su žmogaus pluripotentinėmis ląstelėmis, siekdami suprasti mechanizmus, kurie reguliuoja šį procesą, ir kodėl jis kartais sutrinka. Tai yra itin svarbu, nes net 90 proc. ligų, susijusių su ląstelių cukrų apdorojimu, turi neurologinių simptomų. Nors periferiniame kūne sutrikimai gali būti kompensuojami, smegenyse tinkamai susijungusios cukrų grandinės yra būtinos normaliai neuronų funkcijai.“

Genų redagavimas ir naujos galimybės kurti vaistus

Pastaraisiais metais technologinis proveržis atvėrė naujų galimybių šioje tyrimų srityje. Glikobiologijos metodai leidžia išsamiau tirti cukrų sudėtį ir jų pokyčius evoliucijos metu. Vykdydamas šiuos tyrimus VU bendradarbiauja su Kopenhagos universitetu ir biotechnologijų įmone „Genos Glyco“. Šie partneriai padeda atsakyti į klausimus apie biocheminės sudėties pokyčius ir jų ryšį su genetiniais ir evoliuciniais veiksniais.

Tyrėjai taip pat pabrėžia genų redagavimo svarbą. Siekiant suprasti, kaip tam tikros mutacijos paveikė žmogaus smegenų vystymąsi, GLYCOCIRC projekte bus taikomas kokybiško redagavimo (angl. prime editing) metodas. Jis leidžia itin preciziškai modifikuoti genus: įdiegti žmogui būdingus variantus šimpanzės ląstelėse arba atkurti šimpanzių geno versiją žmogaus ląstelėse. Tai suteikia galimybę tirti, kaip šie genetiniai pokyčiai veikia neuronų glikokalikso sudėtį ir jo lemiamas savybes.

„VU GMC EMBL partnerystės institutas puikiai tinka šiems tyrimams. Mūsų komanda turi patirties genų redagavimo srityje ir dirba su pažangiausiomis technologijomis. Tikimės, kad šie tyrimai padės atskleisti evoliucinį cukrų vaidmenį žmogaus smegenų vystymuisi ir su tuo susijusiems sutrikimams“, – teigia prof. U. Neniškytė.

Be to, cukrų gamyba, atpažinimas ir perdavimas gali tapti naujų vaistų taikiniais. Šių procesų supratimas gali padėti kuriant terapijas neurovystymosi sutrikimams, neurodegeneracinėms ligoms ir neuropsichiatriniams sutrikimams gydyti. Tai atveria naujų galimybių tiek fundamentiniams tyrimams, tiek klinikiniams taikymams.

ERC kokybės ženklas ir galimybė pritraukti talentų

Pasak prof. U. Neniškytės, projekte dirbs dar šeši mokslininkai, kuriuos planuojama pritraukti skelbiant tarptautinę atranką: „ERC dotacija yra kokybės ženklas, kurį visa pasaulinė mokslo bendruomenė atpažįsta. Tai padeda pritraukti talentų iš viso pasaulio ir kurti tarptautinę, aukščiausios kompetencijos komandą“, – sako mokslininkė.

Finansavimas tapo įmanomas dėl naujojo ES fondų perskirstymo mechanizmo, leidžiančio dalį Europos regioninės plėtros fondo (ERPF) lėšų nukreipti programai „Europos horizontas“. Pasinaudojusi šia galimybe, Lietuva 2024–2025 m. laikotarpiui skyrė 18,5 mln. eurų, kurių dalis gali būti panaudota puikiai įvertintiems, bet dėl riboto biudžeto nefinansuotiems ERC projektams.

Šis mechanizmas suteikia Lietuvos mokslininkams daugiau galimybių vykdyti tarptautinio lygio mokslinius tyrimus ir stiprinti šalies patrauklumą aukščiausios kvalifikacijos specialistams.