Raziskovalci odkrili nov mehanizem nevroplastičnosti, povezan z učenjem in spominom

Nevroni so pomembni, vendar niso edini akterji v tem procesu. Pravzaprav je "hrustanec" v obliki skupkov molekul zunajceličnega matriksa, imenovanih hondroitin sulfati, ki se nahajajo na zunanji strani živčnih celic, tisti, ki igra ključno vlogo pri sposobnosti možganov za pridobivanje in shranjevanje informacij.

Študija, objavljena v reviji Cell Reports, opisuje nov mehanizem plastičnosti možganov oziroma kako se nevronske povezave spreminjajo kot odziv na zunanje dražljaje. Članek ima naslov »Fokalne skupine perisinaptične matrice spodbujajo od aktivnosti odvisno plastičnost in spomin pri miših«.

To delo je rezultat sodelovanja med Medicinsko fakulteto Harvard, Univerzo v Trentu in Nemškim centrom za nevrodegenerativne bolezni (DZNE) v Magdeburgu.

»Senzorične sposobnosti in sposobnost razumevanja okolice so odvisne od možganske aktivnosti, ki nam omogoča zaznavanje in obdelavo dražljajev iz zunanjega sveta. Preko možganov lahko pridobivamo in shranjujemo nove informacije ter si zapomnimo informacije, ki smo se jih že naučili,« pravita Yuri Bozzi in Gabriele Cellini.

"Ta fascinanten pojav je omogočen zaradi sposobnosti možganov, da nenehno spreminjajo strukturo in učinkovitost nevronskih povezav (sinaps) kot odziv na zunanje dražljaje. Ta sposobnost se imenuje sinaptična plastičnost. Razumevanje, kako se sinaptične spremembe pojavljajo in kako prispevajo k učenju in spominu, je eden glavnih izzivov v nevroznanosti."

Yuri Bozzi je profesor na Univerzi v Trentu in soavtor članka. Gabriele Cellini je prvi avtor študije. Cellini je pri tem projektu začel delati leta 2017 kot podoktorski sodelavec v laboratoriju Sabine Berretta (bolnišnica McLean in Medicinska fakulteta Harvard, Boston) in znanstveno publikacijo dokončal med delom kot podoktorski sodelavec v Bozzijevem laboratoriju na Univerzi v Trentu.

V središču študije so hondroitin sulfati, molekule, znane po svoji vlogi v sklepih, ki igrajo tudi pomembno vlogo pri plastičnosti možganov, saj so sestavni del zunajceličnega matriksa možganov, kot je leta 2001 prvotno odkrila skupina dr. Aleksandra Dityateva.

Leta 2007 je japonska študija opisala prisotnost skupkov hondroitin sulfata, okrogle oblike in na videz naključno razpršenih po možganih. Delo pa je bilo pozabljeno, dokler Sabina Berretta v svojem translacijsko-nevrološkem laboratoriju ni strukture vrnila v znanstveno središče pozornosti, tako da jih je preimenovala v skupke CS-6 (za hondroitin sulfat-6, kar označuje njihovo natančno molekularno sestavo) in pokazala, da so strukture povezane z glialnimi celicami in so v možganih ljudi s psihotičnimi motnjami močno zmanjšane.

Nato je bil leta 2017 Gabriele Cellini, ki je bil na novo zaposlen v Berrettovem laboratoriju, zadolžen za odkrivanje funkcije teh grozdov.

"Najprej smo te strukture podrobno preučili in jih posneli z zelo visoko ločljivostjo. Ugotovili smo, da gre v bistvu za skupke sinaps, prevlečenih s CS-6, organiziranih v jasno prepoznavno geometrijsko obliko. Nato smo identificirali novo vrsto sinaptične organizacije," pravijo znanstveniki.

"Na tej točki smo morali postati malo 'eksperimentalno ustvarjalni'; z uporabo kombinacije vedenjskih, molekularnih in sofisticiranih morfoloških pristopov smo ugotovili, da se te spojine, enkapsulirane v grozdih CS-6, spreminjajo kot odziv na električno aktivnost v možganih."

"Končno smo, zahvaljujoč sodelovanju z Aleksandrom Dityatevom iz DZNE Magdeburg in prizadevanjem Hadija Mirzapurdelawarja iz njegove skupine, zmanjšali izražanje CS-6 v hipokampusu (možganski regiji, odgovorni za prostorsko učenje) in dokazali, da je prisotnost CS-6 potrebna za sinaptično plastičnost in prostorski spomin," poudarjata Bozzi in Cellini.

"To delo utira pot novemu načinu gledanja na delovanje možganov. Možno je, da se vse sinapse, ki nastanejo na različnih nevronih znotraj skupin CS-6, lahko skupaj odzivajo na specifične zunanje dražljaje in sodelujejo v skupni funkciji, namenjeni učenju in spominu," ugotavljajo.

"Zdi se, da predstavljajo nov substrat za integracijo informacij in oblikovanje združenj na večcelični ravni," dodajata Dityatev in Berretta.

To delo je rezultat sodelovanja med več laboratoriji, vključno z Laboratorijem za translacijsko nevroznanost (Sabina Berretta; bolnišnica McLean - Medicinska fakulteta Harvard, Boston), Laboratorijem za raziskave nevrorazvojnih motenj (Yuri Bozzi; CIMeC - Interdisciplinarni center za znanost o možganih, Univerza v Trentu) in Laboratorijem za molekularno nevroplastičnost (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).