Истраживачи су идентификовали нови механизам неуропластичности повезан са учењем и памћењем

Неурони су важни, али нису једини играчи у том процесу. Заиста, „хрскавица“, скупови молекула екстрацелуларног матрикса названих хондроитин сулфати који се налазе на спољашњој страни нервних ћелија, играју кључну улогу у способности мозга да прибавља и складишти информације.

Студија, објављена у часопису Целл Репортс, описује нови механизам пластичности мозга или како се неуронске везе мењају као одговор на спољашње стимулусе. Рад је насловљен „Фокални перисинаптички матрични кластери промовишу пластичност и памћење зависну од активности код мишева.

Овај рад је резултат сарадње између Харвардске медицинске школе, Универзитета у Тренту и Немачког центра за неуродегенеративне болести (ДЗНЕ) у Магдебургу.

„Чулне вештине и способност разумевања наше околине зависе од активности мозга, који нам омогућава да перципирамо и обрађујемо стимулусе који долазе из спољашњег света. Преко нашег мозга, ми смо у стању да прибављамо и складиштимо нове информације, нпр. И запамтите информације које смо већ научили“, кажу Јуриј Бози и Габријеле Челини.

"Овај фасцинантни феномен је омогућен захваљујући способности мозга да континуирано мења структуру и ефикасност неуронских веза (синапса) као одговор на спољашње стимулусе. Ова способност се назива синаптичка пластичност. Разумевање како се дешавају синаптичке промене и како оне доприносе учење и памћење је један од главних задатака неуробиологије.“

Јури Бози је професор на Универзитету у Тренту и коаутор чланка. Габриеле Цхелини је први аутор студије. Целини је започео рад на овом пројекту 2017. Године као постдокторант у лабораторији коју води Сабина Берета (МцЛеан Хоспитал анд Харвард Медицал Сцхоол, Бостон) и завршио научну публикацију радећи као постдокторант у Бозијевој лабораторији на Универзитету у Тренту.

Студија се фокусира на хондроитин сулфате, молекуле добро познате по својој улози у зглобовима, који такође играју важну функцију у пластичности мозга, будући да су саставни део екстрацелуларног матрикса мозга, како је првобитно открила група др Александра Дитјатива 2001. Године.

У 2007, јапанска студија је описала присуство округлих кластера хондроитин сулфата који су наизглед насумично расути у мозгу. Овај рад је, међутим, заборављен, све док лабораторија за транслациону неуробиологију Сабине Беретта није поново скренула пажњу научне заједнице о ове структуре, преименујући их у ЦС-6 кластере (за хондроитин сулфат-6, који идентификује њихов прецизан молекуларни састав) и демонстрирајући да су ове структуре повезане са глиј ћелијама и у великој мери су смањене у мозгу људи са психотичним поремећајима.

Тада је 2017. Габриеле Целини, новозапослен у Беретиној лабораторији, добио задатак да открије функцију ових кластера.

"Прво смо детаљно испитали ове структуре, сликајући их у веома високој резолуцији. Открили смо да су то у суштини скупови синапси обложених ЦС-6 и организованих у јасно препознатљив геометријски облик. Затим смо идентификовали нови тип синапси организација“, кажу научници.

"У овом тренутку морали смо да увежбамо неку 'експерименталну креативност'; кроз комбинацију бихевиоралних, молекуларних и софистицираних морфолошких приступа, схватили смо да се ова једињења, инкапсулирана у ЦС-6 кластере, мењају као одговор на електричну активност у мозак."

„Коначно, захваљујући сарадњи са Александром Дитиатевом из ДЗНЕ Магдебурга и напорима Хадија Мирзапурделавара из његове групе, смањили смо експресију ЦС-6 у хипокампусу (регион мозга одговоран за просторно учење) и демонстрирали да је присуство ЦС-6 неопходно за синаптичку пластичност и просторну меморију“, истичу Бози и Целини.

"Овај рад отвара пут новом погледу на функцију мозга. Могуће је да све синапсе формиране на различитим неуронима унутар ЦС-6 кластера имају способност да заједно реагују на специфичне спољашње стимулусе и учествују у заједничкој функцији која има за циљ процеси учења и памћења“, примећују они.

„Изгледа да представљају нови супстрат за интеграцију информација и формирање асоцијација на вишећелијском нивоу“, додају Дитиатев и Берретта.

Овај рад је резултат сарадње између неколико лабораторија, укључујући Лабораторију за транслациону неуробиологију (Сабина Беретта; МцЛеан Хоспитал - Харвард Медицал Сцхоол, Бостон), Лабораторију за истраживање неуроразвојних поремећаја (Јури Бози; ЦИМеЦ - Интердисциплинарни центар за науку о мозгу, Универзитет Тренто) и молекуларну неуропластичност (Александар Дитјатев; ДЗНЕ Магдебург).