Denne artikkelen er produsert og finansiert av NTNU - les mer.

Forskere studerte epilepsianfall hos sebrafisk. Fisken er gjennomsiktig og de kan observere aktiviteten i nervesystemet. (Foto: Yaksi Lab, NTNU)
Forskere studerte epilepsianfall hos sebrafisk. Fisken er gjennomsiktig og de kan observere aktiviteten i nervesystemet. (Foto: Yaksi Lab, NTNU)

Fiskehjernens forsvar bryter sammen ved epilepsi

Hva skjer under epileptiske anfall? En ny studie på fisk tyder på at anfall følger et sammenbrudd i bestemte forsvarsceller i hjernen.

Publisert

Epilepsianfall kan ramme hvem som helst av oss. Bare i Norge lever 35.000 med diagnosen. Epilepsi kan skyldes ulike skader, sykdommer eller misdannelser i hjernen.

– Anfallene kan komme brått og tilsynelatende ingensteds fra. Frykten for nye anfall kan i seg selv skape begrensninger for dagliglivet, sier Sverre Myren-Svelstad, lege i spesialisering i nevrologi og stipendiat ved Institutt for nevromedisin og bevegelsesvitenskap.

Men hvordan utløses et epilepsianfall?

Vi kjenner ikke alle svarene ennå, men en gruppe forskere ved NTNU har i samarbeid med forskere i Belgia nye funn etter studier på fisk. De viser at feil eller sammenbrudd i de såkalte gliacellene i hjernen ligger bak når et epileptisk anfall utløses.

Ferske resultater presenteres nå i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications.

Studerte epilepsianfall

Forskergruppen studerte epilepsianfall hos sebrafisk (Danio rerio). Én fordel med disse små fiskene er at de er gjennomsiktige. Aktivitet i nervesystemet er enklere å observere enn hos mange andre arter.

Nerveceller og gliaceller er del av nettverket som overfører signaler i hjernen.

  • Nerveceller er stort sett involvert i å formidle signaler.
  • Gliaceller finnes i flere varianter. Hovedoppgavene inkluderer å opprettholde et balansert miljø, gi støtte til nervecellene, hjelpe immunsystemet og å øke hastigheten til nervesignalene.
Zebrafisk er gjennomsiktig og godt egnet for studier av nervesystemet. (Illustrasjonsfoto: Colourbox)
Zebrafisk er gjennomsiktig og godt egnet for studier av nervesystemet. (Illustrasjonsfoto: Colourbox)

Det de fant

Forskergruppen fant typiske mønster like før og under de epileptiske anfallene:

  1. Rett før et epilepsianfall var nerveceller unormalt aktive, men bare i et helt begrenset område av hjernen. Men gliaceller var svært aktive og opptrådte synkronisert i et mye større område av hjernen enn nervecellene. I sebrafisk kan denne aktiviteten i gliacellene se ut som lynnedslag som skyter gjennom hjernen.
  2. Under selve anfallet fyrte nervecellene av i et langt større omfang. Koblingene mellom nerveceller og gliaceller, og mellom ulike gliaceller, ble svært aktive. Når dette hendte, bredde anfallet seg som et uvær av elektrisk aktivitet til store deler av hjernen.
  3. Under selve anfallet registrerte forskergruppen også en sterk økning i nivået av glutamat. Dette er en nevrotransmitter, en kjemisk forbindelse som overfører signaler mellom celler i nettverket.

Så hva kan dette fortelle oss?

Yaksi-gruppen ved NTNU består av spesialister innen ulike felt som søker kunnskap om grunnleggende prinsipper for hva som skjer i kretsløp og nervesystemer innen helse og sykdom. (Foto: NTNU)
Yaksi-gruppen ved NTNU består av spesialister innen ulike felt som søker kunnskap om grunnleggende prinsipper for hva som skjer i kretsløp og nervesystemer innen helse og sykdom. (Foto: NTNU)

Gliacellenes forsvar bryter sammen

Hovedteorien er at den lokale, sterke aktiviteten i nervecellene er det som utløser resten av aktiviteten. Hos mennesker kan dette igjen skyldes en sykdomstilstand, skade eller misdannelse i hjernen.

Gliacellene fyrer antakelig så sterkt før anfallet fordi dette er en del av beskyttelsesmekanismene deres. Aktiviteten i gliacellene er et forsøk på å nøytralisere den sterke, lokale aktiviteten i nevronene før et anfall.

– Den store aktiviteten i gliacellene før et anfall er mest sannsynlig en forsvarsmekanisme. Det er kjent at gliaceller absorberer overskuddet av signalstoffet glutamat som utskilles under den økte aktiviteten i nervecellene, sier Nathalie Jurisch-Yaksi, gruppeleder ved Institutt for klinisk og molekylærmedisin og samarbeidspartner i dette prosjektet.

Gliacellene forhindrer altså midlertidig at overskuddet av signalstoffer fra nervecellene fører til et anfall. Men gliacellene greier det bare en stund før det blir for mye for dem å takle.

– Vi tror at forsvaret på ett eller annet tidspunkt bryter sammen. Gliacellene greier ikke lenger å absorbere de høye nivåene av signalstoffet glutamat. Når det blir for mye for dem, frigjør gliacellene samtidig all glutamaten de allerede har absorbert. Dermed får vi plutselig et svært høyt nivå av glutamat i hjernen. Vi tror dette høye nivået direkte leder til et epilepsianfall som sprer seg over hele hjernen, sier Carmen Diaz Verdugo, som er stipendiat.

Hjernen overveldes altså av glutamaten og av alle signalene som kommer på én gang. Dermed oppstår anfallet isteden.

Bevis på nye sammenhenger

Funnene kan også tyde på at epilepsi ikke bare skyldes feil i nevronene, men også kan skyldes unormale tilstander i gliaceller, eller mellom gliaceller og nerveceller.

Tidligere studier av pasienter og i dyremodeller har vist at egenskaper ved gliacellene endrer seg etter gjentatte epileptiske anfall. Men vi har visst mindre om hvordan funksjonen til gliacellene forandrer seg før og under selve anfallene.

– Resultatene våre er direkte bevis på at samhandlingen mellom gliaceller og nevroner endrer seg når et anfall oppstår. Det blir interessant å se om dette fenomenet forekommer ved andre typer epilepsi, sier professor Emre Yaksi.

Kan føre til nye medisiner

De siste tiårene er det blitt utviklet en rekke nye epilepsimedisiner, men fortsatt har en tredel av pasientene ikke god kontroll over anfallene.

Én grunn kan være at de nåværende medisinene i stor grad retter seg mot nervecellene, mens gliacellene, som utgjør om lag 80 prosent av cellene i hjernen, har vært oversett.

Med økende kunnskap om gliacellenes rolle, kan det å utvikle medisiner som retter seg mot gliaceller gi nytt håp om bedre behandling en gang i fremtiden.

Det er kjent at en del sykdommer som er forbundet med skader i gliacellene kan gi økt risiko for epileptiske anfall. Dette gjelder for eksempel gliomer , som er hjernesvulster som oppstår fra gliaceller, og multippel sklerose. Men skader i gliacellene er for eksempel også observert i pasienter med Parkinsons sykdom og Alzheimers sykdom.

– Vi samarbeider med klinikere ved St. Olavs hospital for å undersøke genetiske mutasjoner som forårsaker epilepsi hos pasienter. Nå skal vi undersøke om vi kan gjenkjenne noen av mekanismene vi har identifisert i denne studien. På lengre sikt er det å trene klinikere til å utføre grunnforskning et stort og nødvendig steg fremover om vi skal greie å omgjøre forskningsresultater til potensielle behandlingsmetoder, sier Emre Yaksi.

Referanse:

Carmen Diaz Verdugo m.fl: Glia-neuron interactions underlie state transitions to generalized seizures. Nature Communications 2019

Fakta om studien

Forskerne i Yaksi-gruppen ved NTNU er spesialister innen ulike felt. Sammen forsøker de å forstå de grunnleggende prinsippene som ligger til grunn for funksjonen og utviklingen av nevrale kretsløp innen helse og sykdom. I studiene bruker de små modellorganismer, som sebrafisk og fruktfugl.

I denne studien har gruppen samarbeidet med forskere fra Institutt for nevromedisin og bevegelsesvitenskap, Institutt for klinisk og molekylær medisin ved NTNU og forskere fra de belgiske forskningsinstitusjonene VIB, IMEC og KU Leuven.