pienoiskuva|Aivoperäinen hermokasvutekijä, BDNF -proteiinin rakenne violetilla Aivoperäinen hermokasvutekijä, BDNF (eng. Brain-derived neurotrophic factor) on neurotrofiinien perheeseen kuuluva proteiini. Se osallistuu hermosolujen kasvuun, erilaistumiseen, eloonjäämiseen ja synaptisen plastisuuden säätelyyn. BDNF:ää esiintyy erityisesti hippokampuksessa ja aivokuorella, mutta myös pikkuaivoissa, selkäytimessä ja ääreishermostossa.
Rakenne BDNF kuuluu neurotrofiinien perheeseen, johon kuuluvat myös hermokasvutekijä (NGF), neurotrofiini-3 (NT-3) ja neurotrofiini-4/5 (NT-4/5). Ihmisellä BDNF-proteiinia koodaava BDNF-geeni sijaitsee kromosomissa 11.
BDNF syntetisoidaan ja varastoidaan glutamatergisissa hermosoluissa, ja sitä voidaan vapauttaa aktiivisuudesta riippuvalla tavalla dendriiteistä ja aksonipäätteistä. Hippokampuksen pääasiallisissa hermosoluissa BDNF:ää varastoidaan dendriittisiin ulokkeisiin, joista sitä vapautuu voimakkaan, korkeataajuisen stimulaation seurauksena.
BDNF:n esiaste, ProBDNF pilkotaan solunulkoisessa tilassa, jolloin muodostuu kypsää BDNF:ää. Kypsä BDNF sitoutuu glutamatergisten synapsien pre- ja postsynaptisissa osissa sijaitsevaan reseptoriin TrkB:hen kun taas ProBDNF:n sitoutuu ensisijaisesti p75-neurotrofiinireseptoriin. Reseptoreihin sitoutuminen käynnistää solunsisäisiä signalointireittejä, jotka säätelevät muun muassa hermosolujen eloonjäämistä, kasvua ja synaptista toimintaa. ProBDNF:n vaikutukset p75-neurotrofiinireseptorissa ovat usein päinvastaisia kuin BDNF–TrkB-järjestelmän vaikutukset. BDNF-TrkB-signalointi edistää synaptista vahvistumista, kun taas proBDNF:n ja p75-neurotrofiinireseptorin välittämä signalointi voi puolestaan edistää synaptisten yhteyksien heikentymistä.
Toiminta
Hermosolujen selviytyminen ja kehitys Aivojen kehityksen aikana BDNF tukee hermosoluja edistäen niiden selviytymistä ja erilaistumista. Hermosolut, jotka eivät saa riittävästi neurotrofista signalointia, käyvät läpi apoptoosin, eli ohjelmoidun solukuoleman. Aikuisissa aivoissa BDNF tukee edelleen hermosolujen elinkelpoisuutta, erityisesti hippokampuksessa, aivokuorella ja tyvitumakkeiden kolinergisissä hermosoluissa, alueilla, jotka ovat keskeisiä oppimisen ja muistin kannalta. BDNF edistää uusien hermosolujen ja synapsien kasvua ja erilaistumista esimerkiksi vaikuttamalla aksonin kärjessä sijaitsevan kasvukartion (eng. growth cone) toimintaan.Huang EJ, Reichardt LF (2001). "Neurotrophins: roles in neuronal development and function". Annual Review of Neuroscience. 24: 677–736. doi:10.1146/annurev.neuro.24.1.677. PMC 2758233. PMID 11520916.
BDNF:n ja TrkB:n välisellä signaloinnilla on tärkeä rooli hermosolujen selviytymisessä. BDNF:n sitoutuminen TrkB-reseptoriin aktivoi PI3K-entsyymin, joka puolestaan aktivoi Akt-proteiinikinaasia. Akt osallistuu solun selviytymisen säätelyyn ja ehkäisee apoptoosia edistävien mekanismien toimintaa.
Synaptinen plastisuus ja kestokorostuminen BDNF merkittävä tehtävä liittyy synaptiseen plastisuuteen eli hermosolujen välisten yhteyksien rakenteelliseen ja toiminnalliseen muovautumiseen. BDNF voi edistää uusien synapsien muodostumista ja vahvistaa olemassa olevien synapsien toimintaa. Se osallistuu hippokampuksessa kestokorostumiseen, LTP (eng. long term potentiation), jolla on keskeinen merkitys hermoverkkojen muovautumisessa sekä oppimisessa ja muistissa. BDNF toimii hippokampuksessa myös pitkäkestoisen muistinkäsittelyn prosesseissa.Bekinschtein P, Cammarota M, Katche C, Slipczuk L, Rossato JI, Goldin A, et al. (February 2008). "BDNF is essential to promote persistence of long-term memory storage". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (7): 2711–2716. Bibcode:2008PNAS..105.2711B. doi:10.1073/pnas.0711863105. PMC 2268201. PMID 18263738.
Neurogeneesi BDNF edistää neurogeneesiä eli uusien hermosolujen syntymistä erityisesti hippokampuksen pykäläpoimussa (eng. dentate gyrus). BDNF osallistuu tähän prosessiin säätelemällä uusien hermosolujen erilaistumista ja kypsymistä.
Aivoperäinen hermokasvutekijä ja liikunta Tietynlaisen fyysisen harjoittelun on havaittu lisäävän BDNF:n muodostumista ihmisen aivoissa huomattavasti. Tämän on esitetty olevan osittain yhteydessä liikunnan aikaansaamaan neurogeneesiin ja kognitiivisten toimintojen paranemiseen.Szuhany KL, Bugatti M, Otto MW (January 2015). "A meta-analytic review of the effects of exercise on brain-derived neurotrophic factor". Journal of Psychiatric Research. 60: 56–64. doi:10.1016/j.jpsychires.2014.10.003. PMC 4314337. PMID 25455510.Hansen, A. 2016. Aivovoimaa ‒ Näin vahvistat aivojasi liikunnalla. Tukholma: Bonnier Fakta.
Juoksupyörää käyttäneillä rotilla on pystytty aikaansaamaan selvästi voimakkaampaa kestokorostumista hippokampuksen pykäläpoimussa kuin kontrolliryhmän rotilla. Tutkimuksessa kymmenen päivän jälkeen BDNF-mRNA:n määrä lisääntyi pykäläpoimussa huomattavasti juoksemisen jälkeen verrattuna kontrolliryhmään.
Katso myös
Hermosto Hermosolu Hermokasvutekijä Hippokampus
Lähteet