Pētnieki identificē jaunu neiroplasticitātes mehānismu, kas saistīts ar mācīšanos un atmiņu

Neironi ir svarīgi, taču tie nav vienīgie dalībnieki šajā procesā. Patiešām, tieši "skrimšļi" ārpus nervu šūnām esošu ārpusšūnu matrices molekulu kopu veidā, ko sauc par hondroitīna sulfātiem, spēlē galveno lomu smadzeņu spējā iegūt un uzglabāt informāciju.

Žurnālā “Cell Reports” publicēts pētījums apraksta jaunu smadzeņu plastiskuma mehānismu jeb to, kā mainās neironu savienojumi, reaģējot uz ārējiem stimuliem. Raksta nosaukums ir “Perisynaptiskās matricas fokālie klasteri veicina aktivitātes atkarīgu plastiskumu un atmiņu pelēm”.

Šis darbs ir Hārvardas Medicīnas skolas, Trento Universitātes un Vācijas Neirodeģeneratīvo slimību centra (DZNE) Magdeburgā sadarbības rezultāts.

"Maņu spējas un spēja izprast apkārtējo vidi ir atkarīga no smadzeņu aktivitātes, kas ļauj mums uztvert un apstrādāt stimulus no ārpasaules. Ar smadzeņu palīdzību mēs spējam iegūt un uzglabāt jaunu informāciju, kā arī atcerēties jau apgūto informāciju," saka Jurijs Boci un Gabriele Čellīni.

"Šo aizraujošo parādību padara iespējamu smadzeņu spēja nepārtraukti mainīt neironu savienojumu (sinapsu) struktūru un efektivitāti, reaģējot uz ārējiem stimuliem. Šo spēju sauc par sinaptisko plastiskumu. Izpratne par to, kā notiek sinaptiskās izmaiņas un kā tās veicina mācīšanos un atmiņu, ir viens no galvenajiem izaicinājumiem neirozinātnē."

Jurijs Boci ir Trento Universitātes profesors un raksta līdzautors. Gabriele Čellīni ir pētījuma pirmais autors. Čellīni sāka strādāt pie šī projekta 2017. gadā kā pēcdotorantūras stipendiāts Sabīnas Beretas laboratorijā (Maklīnas slimnīca un Hārvardas Medicīnas skola, Bostona) un pabeidza zinātnisko publikāciju, strādājot par pēcdotorantūras stipendiātu Boci laboratorijā Trento Universitātē.

Pētījuma centrā ir hondroitīna sulfāti, molekulas, kas labi pazīstamas ar savu lomu locītavās, kurām ir arī svarīga funkcija smadzeņu plastiskumā, būdamas neatņemama smadzeņu ekstracelulārās matricas sastāvdaļa, kā to sākotnēji atklāja Dr. Aleksandra Ditjatēva grupa 2001. gadā.

2007. gadā Japānas pētījumā tika aprakstīta hondroitīna sulfāta kopu klātbūtne, kas bija apaļas formas un šķietami nejauši izkaisītas pa smadzenēm. Tomēr darbs tika aizmirsts, līdz Sabīnas Beretas translācijas neirozinātnes laboratorija atkal pievērsa šīs struktūras zinātniskajai uzmanībai, pārdēvējot tās par CS-6 kopām (hondroitīna sulfāta-6 vietā, kas norāda uz to precīzo molekulāro sastāvu) un parādot, ka šīs struktūras ir saistītas ar gliālajām šūnām un to skaits ir ievērojami samazināts cilvēku ar psihotiskiem traucējumiem smadzenēs.

Pēc tam, 2017. gadā, Gabriele Cellini, kurš nesen tika pieņemts darbā Berretta laboratorijā, tika uzdots atklāt šo kopu funkciju.

"Vispirms mēs detalizēti izpētījām šīs struktūras, attēlojot tās ļoti augstā izšķirtspējā. Mēs atklājām, ka tās būtībā bija ar CS-6 pārklātu sinapšu kopas, kas sakārtotas skaidri atpazīstamā ģeometriskā formā. Pēc tam mēs identificējām jauna veida sinaptisko organizāciju," saka zinātnieki.

"Šajā brīdī mums bija jāpieliek nedaudz "eksperimentālas radošuma"; izmantojot uzvedības, molekulāro un sarežģīto morfoloģisko pieeju kombināciju, mēs sapratām, ka šie savienojumi, kas iekapsulēti CS-6 klasteros, mainās, reaģējot uz elektrisko aktivitāti smadzenēs."

"Visbeidzot, pateicoties sadarbībai ar Aleksandru Ditjatevu no DZNE Magdeburg un Hadi Mirzapurdelavara no viņa grupas centieniem, mēs samazinājām CS-6 ekspresiju hipokampā (smadzeņu reģionā, kas atbild par telpisko mācīšanos) un parādījām, ka CS-6 klātbūtne ir nepieciešama sinaptiskajai plastiskumam un telpiskajai atmiņai," norāda Bozzi un Cellini.

"Šis darbs paver ceļu jaunam smadzeņu darbības izpētes veidam. Iespējams, ka visām sinapsēm, kas veidojas uz dažādiem neironiem CS-6 klasteros, ir spēja kopīgi reaģēt uz specifiskiem ārējiem stimuliem un piedalīties kopīgā funkcijā, kas vērsta uz mācīšanās un atmiņas procesiem," viņi atzīmē.

"Šķiet, ka tie pārstāv jaunu substrātu informācijas integrācijai un asociācijas veidošanai daudzšūnu līmenī," piebilst Ditjajevs un Bereta.

Šis darbs ir vairāku laboratoriju sadarbības rezultāts, tostarp Translācijas neirozinātnes laboratorija (Sabina Berretta; McLean slimnīca - Hārvardas Medicīnas skola, Bostona), Neiroattīstības traucējumu pētniecības laboratorija (Jurijs Bozzi; CIMeC - Starpdisciplinārais smadzeņu zinātnes centrs, Trento Universitāte) un Molekulārās neiroplastiskuma laboratorija (Aleksandrs Ditjajevs; DZNE Magdeburg).