Czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego (BDNF) – co to jest?

Wykazano, że czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego jest jedną z najważniejszych neurotrofin w procesach takich jak uczenie się, pamięć i myślenie.

Wykazano również, że niewłaściwe poziomy tej substancji powodują choroby, zaburzenia funkcji poznawczych i problemy z nastrojem.

Następnie omówimy bardziej szczegółowo, co dokładnie robi to białko, niektóre z zaburzeń, w których się znajdowało powiązane, jego mechanizm działania i znaczenie wykonywania aktywności fizycznej w celu uzyskania dobrego poziomu czynnik.

• Powiązany artykuł: „Części ludzkiego mózgu (i funkcje)"

Czym jest neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego?

Neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego, lepiej znany pod akronimem w języku angielskim BDNF (ang. brain-derived neurotrophic factor), to białko, którego gen znajduje się na chromosomie 11, okazuje się, że jest to neurotrofina o najwyższej ekspresji w mózgu ssaków, zwłaszcza w korze mózgowej i hipokampie.

Te neurotrofiny odgrywają bardzo ważną rolę podczas rozwoju mózgu i po osiągnięciu dojrzałości nadal wywierają wpływ na plastyczność układu nerwowego.

Zaobserwowano, że odgrywają ważną rolę w procesach takich jak neurogeneza, utrzymanie i higiena funkcji neuronów oraz ich integralność strukturalna. W rzeczywistości Mark Tuszyński z Uniwersytetu Kalifornijskiego wykazał, że było to… jeden z czynników, który w modelach zwierzęcych zapobiegał śmierci neuronów w przypadku uszkodzenia mózgu.

Funkcja BDNF w układzie nerwowym

Czynnik neurotroficzny działa w niektórych neuronach ośrodkowego układu nerwowego, a także obwodowo, pomagając przeżyć neuronom w tych miejscach. Dodatkowo ułatwia ich wzrost i różnicowanie.

Ta substancja jest szczególnie aktywny w częściach ośrodkowego układu nerwowego, w szczególności w korze mózgowej, hipokampie i najbardziej podstawowej części mózgu. Obszary te są zaangażowane w procesy poznawcze, takie jak pamięć, uczenie się i myślenie. Zaobserwowano również, że można go znaleźć w miejscach takich jak siatkówka, nerki, neurony ruchowe, mięśnie szkieletowe, prostata, a nawet w ślinie.

Neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego odgrywa ważną rolę w pamięci długotrwałej. Chociaż prawdą jest, że duża liczba neuronów w mózgu ssaków powstaje w stanie embrionalnym, części mózgu osobnika, gdy jest już dorosły, mają zdolność generowania nowych neuronów z nerwowych komórek macierzystych. Ten proces jest znany jako neurogeneza. Neurotrofy pomagają stymulować i kontrolować ten proces, przy czym najważniejszy jest BDNF.

• Możesz być zainteresowany: "Rodzaje pamięci: jak ludzki mózg przechowuje wspomnienia?"

Mechanizm akcji

BDNF wiąże się z co najmniej dwoma receptorami na powierzchni komórek, które są zdolne do odpowiedzi na ten czynnik wzrostu: Ścieżka B (TrkB) i receptor o niskim powinowactwie do czynnika wzrostu nerwów (LNGFR). Czynnik neurotroficzny moduluje aktywność kilku receptorów neuroprzekaźników, w tym receptorów nikotynowych.

1. TrkB

TrkB jest kodowany przez gen NTRK2. Aktywacja szlaku BDNF-TrkB jest ważna dla: rozwój pamięci krótkotrwałej i wzrost neuronów.

2. LNGFR

Interakcja między BDNF a receptorem LNGFR nie jest bardzo wyraźna. Badania wykazały, że ta interakcja odpowiada za hamowanie śmierci neuronów.

Habilitacje poznawcze

Życie w środowiskach, w których występuje wiele bodźców poznawczych, oprócz prowadzenia aktywnego fizycznie trybu życia, wiąże się z ogólnie dobrymi funkcjami poznawczymi. Stymulacja poznawcza, fizyczna i wzrokowa przekłada się na lepsze funkcjonowanie neuronów, zwiększając komunikacja synaptyczna między neuronami, która obejmuje zmiany zarówno w strukturze, jak i chemii mózgowy.

Bodźce czuciowe są najpierw przetwarzane przez korę, zanim dotrą do hipokampu. Ekspresja BDNF jest wzmocniona w środowiskach bogatych w bodźce poznawcze, który został uznany za przyczynę lepszej pamięci i zdolności uczenia się. Czynnik ten spowodowałby więcej synaps (synaptogeneza), dendrytów (dendrytogeneza) i, jak już wspomnieliśmy, większą neurogenezę.

Związek z patologią

W ten sam sposób, w jaki czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego został powiązany z lepszymi zdolnościami poznawczymi i pozostawaniem za procesami takimi jak uczenie się, pamięci i myślenia, nieuniknione było obserwowanie, w jakim stopniu ten czynnik może być nieobecny w chorobach i zaburzeniach neurodegeneracyjnych psychiatryczny. Zobaczymy kilka poniżej.

1. Schizofrenia

Fakt, że BDNF jest substancją kluczową dla przetrwania ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego, szczególnie w odniesieniu do synaptogenezy w trakcie i po rozwoju embrionalnym, spowodowało, że jest to związane z schizofrenia.

Widziano, że osoby z diagnozą mają mniejsze ilości czynnika w grzbietowo-bocznej korze przedczołowej, obszar związany z pamięcią roboczą.

2. Depresja

Wysoki poziom kortykosteronu, hormonu stresu, wiąże się ze zmniejszeniem ekspresji BDNF w modelach zwierzęcych, co wiąże się z atrofią hipokampa.

Spadek aktywności hipokampa i innych struktur limbicznych został powiązany z problemami z nastrojem, zwłaszcza cierpiących na przewlekłą depresję.

Z drugiej strony zaobserwowano, że neuroprzekaźnik glutaminian, deficyt kaloryczny, stymulacja intelektualna i dobrowolne, oprócz leków przeciwdepresyjnych, zwiększają ekspresję BDNF w mózgu i zmniejszają objawy depresyjny

3. Starzenie się

Poziomy BDNF są silnie regulowane przez całe życie ludzi, zarówno we wczesnym, jak i późnym okresie życia.

Jak już widzieliśmy, neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego jest krytyczną substancją w rozwoju mózgu zarówno przed, jak i po okresie prenatalnym. Wraz z wiekiem poziom BDNF spada w tkankach mózgu.

W wyniku tego zjawiska zmniejsza się objętość hipokampa, co sugeruje, że zmniejszenie BDNF wiąże się z problemami poznawczymi, tak charakterystycznymi dla osób starszych.

• Możesz być zainteresowany: "3 fazy starości oraz ich zmiany fizyczne i psychiczne"

BDNF i ćwiczenia fizyczne

W modelach zwierzęcych, zwłaszcza szczurów, zaobserwowano, że angażowanie się w umiarkowaną aktywność fizyczną, taką jak bieganie jednego kilometra dziennie, zwiększało poziom BDNF w hipokampie.

Te zmiany w poziomach czynnika były szczególnie istotne w neuronach zakrętu zębatego, wnęki i regionu CA3 i pojawiają się już po kilku dniach. Inne regiony, w których stwierdzono zmiany, to móżdżek, kora mózgowa i lędźwiowy rdzeń kręgowy.

Badania przeprowadzone na ludziach wykazały, że aktywność fizyczna pomaga utrzymać, a nawet poprawić plastyczność mózgu, charakterystyczną dla hipokampa. Wykonywanie zdrowych nawyków, takich jak chodzenie przez trzydzieści minut dziennie, przynosi korzyści lepszym funkcjom, takim jak uczenie się lub pamięćuprawiać sport, a zwłaszcza biegać. Ćwiczenia indukują zwiększoną ekspresję genu BDNF.

Odniesienia bibliograficzne:

• Maisonpierre PC, Le Beau MM, Espinosa R, et al. (1991). Czynnik neurotroficzny pochodzenia ludzkiego i szczurzego oraz neurotrofina-3: struktury genów, rozkłady i lokalizacje chromosomowe. Genomika 10 (3): 558-68.
• Sopet, D; Escandon, E; Maragos, J; i in. (1991). Czynniki neurotroficzne czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego i neurotrofina-3 są ligandami receptora kinazy tyrozynowej trkB. Komórka 65 (5): 895-903.