Истраживачи су идентификовали нови механизам неуропластичности повезан са учењем и памћењем

Неурони су важни, али нису једини актери у том процесу. Заправо, управо „хрскавица“ у облику кластера молекула екстрацелуларног матрикса названих хондроитин сулфати, који се налазе на спољашњој страни нервних ћелија, игра кључну улогу у способности мозга да прикупља и складишти информације.

Студија објављена у часопису Cell Reports описује нови механизам пластичности мозга, односно како се неуронске везе мењају као одговор на спољашње стимулусе. Рад носи наслов „Фокални кластери перисинаптичке матрице промовишу пластичност и памћење зависне од активности код мишева“.

Овај рад је резултат сарадње између Медицинског факултета Харвард, Универзитета у Тренту и Немачког центра за неуродегенеративне болести (DZNE) у Магдебургу.

„Сензорне вештине и способност разумевања наше околине зависе од мождане активности, која нам омогућава да опажамо и обрађујемо стимулусе из спољашњег света. Преко нашег мозга, способни смо да стекнемо и складиштимо нове информације, као и да памтимо информације које смо већ научили“, кажу Јури Боци и Габријеле Челини.

„Овај фасцинантни феномен је омогућен способношћу мозга да континуирано мења структуру и ефикасност неуронских веза (синапси) као одговор на спољашње стимулусе. Ова способност се назива синаптичка пластичност. Разумевање како се синаптичке промене дешавају и како оне доприносе учењу и памћењу један је од главних изазова у неуронауци.“

Јури Боци је професор на Универзитету у Тренту и ководећи аутор рада. Габријеле Челини је први аутор студије. Челини је почео да ради на овом пројекту 2017. године као постдокторски сарадник у лабораторији Сабине Берете (болница Меклин и Медицински факултет Харвард, Бостон) и завршио је научну публикацију док је радио као постдокторски сарадник у Боцијевој лабораторији на Универзитету у Тренту.

У центру студије су хондроитин сулфати, молекули добро познати по својој улози у зглобовима који такође играју важну улогу у пластичности мозга, будући да су саставни део екстрацелуларног матрикса мозга, како је првобитно открила група др Александра Дитјатева 2001. године.

Године 2007, једна јапанска студија је описала присуство кластера хондроитин сулфата, округлог облика и наизглед насумично расутих по мозгу. Међутим, рад је заборављен све док Сабина Берета и њена лабораторија за транслациону неуронауку није вратила структуре у научну пажњу преименовањем у кластере CS-6 (за хондроитин сулфат-6, што идентификује њихов прецизан молекуларни састав) и показивањем да су структуре повезане са глијалним ћелијама и да су знатно смањене у мозгу људи са психотичним поремећајима.

Затим, 2017. године, Габријеле Челини, новозапослен у Береттовој лабораторији, добио је задатак да открије функцију ових кластера.

„Прво смо детаљно испитали ове структуре, снимајући их у веома високој резолуцији. Открили смо да су то у суштини кластери синапси обложених CS-6, организованих у јасно препознатљив геометријски облик. Затим смо идентификовали нови тип синаптичке организације“, кажу научници.

„У овом тренутку морали смо да будемо мало 'експериментално креативни'; користећи комбинацију бихејвиоралних, молекуларних и софистицираних морфолошких приступа, схватили смо да се ова једињења капсулирана у CS-6 кластерима мењају као одговор на електричну активност у мозгу.“

„Коначно, захваљујући сарадњи са Александром Дитјатевом из ДЗНЕ Магдебург и напорима Хадија Мирзапурделавара из његове групе, смањили смо експресију ЦС-6 у хипокампусу (регион мозга одговоран за просторно учење) и показали да је присуство ЦС-6 неопходно за синаптичку пластичност и просторно памћење“, истичу Боци и Челини.

„Овај рад отвара пут новом начину посматрања функције мозга. Могуће је да све синапсе формиране на различитим неуронима унутар кластера CS-6 имају способност да заједно реагују на специфичне спољашње стимулусе и учествују у заједничкој функцији усмереној на процесе учења и памћења“, напомињу они.

„Чини се да представљају нови супстрат за интеграцију информација и формирање асоцијација на вишећелијском нивоу“, додају Дитјатев и Берета.

Овај рад је резултат сарадње између неколико лабораторија, укључујући Лабораторију за транслационе неуронауке (Сабина Берета; болница Маклин - Медицински факултет Харвард, Бостон), Лабораторију за истраживање неуроразвојних поремећаја (Јури Боци; CIMeC - Интердисциплинарни центар за науку о мозгу, Универзитет у Тренту) и Лабораторију за молекуларну неуропластичност (Александар Дитјатев; DZNE Магдебург).