Proteinforskere er på sporet af skizofreniens gåde

I Danmark lider ca. 20.000 mennesker af skizofreni, og selvom forskere i mere end 100 år har forsøgt at forstå sygdommen, ved man stadig ikke, hvordan sygdommen opstår eller hvilke fysiologiske ændringer, den forårsager i kroppen. Læger kan derfor ikke stille diagnosen ved at kigge efter specifikke fysiologiske ændringer i patientens blod eller væv, men må diagnosticere efter adfærdssymptomer.

I et forsøg på at finde skizofreniens fysiologiske signatur har forskere fra Syddansk Universitet foretaget rotteforsøg, som nu indikerer, at signaturen sidder i nogle bestemte, målbare proteiner. Når man kender disse proteiner og ser, hvordan de hver især opfører sig i forhold til proteiner hos mennesker, der ikke er skizofrene, kan man begynde at udvikle en mere effektiv medicin.

Det er i sagens natur vanskeligt at studere hjerneaktiviteten hos skizofrene mennesker, og derfor benytter forskerne sig ofte af dyremodeller, når de forsøger at forstå hjernens mysterier. Rottehjerner ligner menneskehjerner på så mange måder, at det giver mening at studere dem, når man vil vide mere om menneskets hjerne.

Rotter får skizofreni-lignende symptomer

Det stærkt hallucinerende stof phencyclidin (PCP), som også kaldes ”angel’s dust”, giver en række symptomer i mennesker, der minder meget om skizofreni.  

”Når mennesker tager dette stof, oplever de mange af de samme reaktioner og symptomer som skizofrene mennesker, og derfor er det værdifuldt at studere, hvordan rotter og rottehjerner reagerer, når de får PCP”, forklarer Ole Nørregaard Jensen, professor og leder af institut for Biokemi og Molekylær Biologi.

Sammen med bl.a. Pawel Palmowski og Adelina Rogowska-Wrzesinska står han bag en videnskabelig artikel om fundet, der er offentliggjort i det internationale tidsskrift Journal of Proteome Research.

De symptomer og reaktioner, som kan observeres hos både mennesker og rotter, er fx bevægelsesmæssige forstyrrelser og nedsatte kognitive funktioner som fx nedsat hukommelse, forringet opmærksomhed og indlæringsevne.

”Forskere har i flere årtier arbejdet med at studere PCP-rotter, men man har ikke vidst, hvad der foregik i rotternes hjerner på molekylært niveau. Det er vi, så vidt vi ved, de første, der nu har kortlagt så omfattende”, siger Ole Nørregaard Jensen.

PCP er et stof, der optages meget hurtigt af hjernen, og det er kun få timer om at klinge af. Derfor gjaldt det for forskerne om at undersøge rotternes hjerneceller hurtigt efter, de fik det hallucinerende stof sprøjtet ind i kroppen.

”Allerede efter 15 minutter kunne vi se ændringer i proteinerne i hjernen, og efter 240 minutter var det meste overstået”, siger Ole Nørregaard Jensen.

352 proteiner er på spil

Forskerne på Syddansk Universitet råder over noget af verdens mest avancerede udstyr til at studere proteiner, og det var også i universitetets såkaldte massespektrometre, at de kunne studere proteinerne.

”Vi fandt 2604 proteiner, og vi så ændringer i 352 af dem, som vi forbinder med behandlingen med PCP. Disse 352 proteiner vil det være yderst interessant at studere nærmere for at se, om de også ændres hos mennesker med skizofreni – og hvis det er tilfældet, så vil det selvfølgelig også være interessant at forsøge at udvikle et lægemiddel, der kan forhindre de protein-ændringer, der fører til skizofreni”, siger Ole Nørregaard Jensen om forskernes opdagelse og om det arbejde, der ligger forude.

De 352 proteiner i rottehjernerne reagerede straks, da dyrene blev udsat for PCP. Groft sagt fik stoffet proteiner til at tænde eller slukke, hvor de ikke skulle tænde og slukke.  Det satte gang i en kæde af andre forstyrrelser i netværket omkring proteinerne, fx ændringer i stofskiftet og i calcium-balancen.

”Det er altså disse 352 proteiner, der er involverede i de ændringer i hjernens receptorer og signalmoduler, som får rotterne til at ændre adfærd – og som formentlig er sammenlignelige med de ødelæggende ændringer, der sker i en skizofren hjerne”, forklarer Ole Nørregaard Jensen.

Protokollen til at studere rottehjernens proteiner med massespektrometri, som han og hans kolleger har udviklet, er ikke kun begrænset til skizofreni-studier – den kan også bruges til at udforske andre sygdomme.

Sådan gjorde forskerne

12 rotter blev brugt til forsøget. Seks fik en sprøjte med det hallucinerende stof PCP (10 mg/kg kropsvægt), og seks fik en sprøjte med saltvand for at fungere som kontrolgruppe. Efter 15 minutter blev de første to dyr i hver gruppe aflivet, og på under to minutter blev en prøve af deres hjerne (frontal-lappen) udtaget og lynfrosset i flydende kvælstof. Efter hhv. 30 og 240 minutter skete det samme med de øvrige rotter.

Alle eksperimenter blev udført i henhold til danske og EU-regler for håndtering af laboratoriedyr. Herefter blev de indsamlede vævsprøver underkastet forskellige massespektrometriske proteinanalyser. Analyserne afslørede forskelle i proteinernes fosforyleringsgrad og derved i deres aktivitet, der må formodes at være blevet udløst af stoffet PCP.

Fortolkning af de meget komplekse proteindatasæt viste, at PCP påvirker en række processer i hjernecellerne og fører til ændringer i calcium-balancen i hjernecellerne, ændringer i transport af stoffer ind og ud af cellerne, ændringer i cellernes stofskifte og ændringer i opbygningen af cellens indre skelet, cytoskelettet.

Forskningsarbejdet var et samarbejde mellem Syddansk Universitet, Teknologisk Institut og NeuroSearch A/S.

Projektet var støttet af Villum Fonden og Uddannelses- og Forskningsministeriet (bevilling nr. 08-034107, Innovationskonsortiet ”Nye lægemidler”).

Kontakt: Ole Nørregaard Jensen, institutleder, professor, Institut for Biokemi og Molekylær Biologi. Tlf. 6011 2368. Email: jenseno@bmb.sdu.dk

Ref: Acute Phencyclidine Treatment Induces Extensive and Distinct Protein Phosphorylation in Rat Frontal Cortex.
Palmowski P, Rogowska-Wrzesinska A, Williamson J, Beck HC, Mikkelsen JD, Hansen HH, Jensen ON. J Proteome Res. 2014.