Изследователите идентифицират нов механизъм за невропластичност, свързан с ученето и паметта

Невроните са важни, но не са единствените участници в процеса. Всъщност, именно „хрущялът“ под формата на клъстери от молекули на извънклетъчния матрикс, наречени хондроитин сулфати, разположени от външната страна на нервните клетки, играе ключова роля в способността на мозъка да придобива и съхранява информация.

Проучване, публикувано в списание Cell Reports, описва нов механизъм за мозъчна пластичност или как невронните връзки се променят в отговор на външни стимули. Статията е озаглавена „Фокални клъстери на перизинаптичната матрица насърчават зависимата от активността пластичност и памет при мишки“.

Тази работа е резултат от сътрудничество между Медицинския факултет на Харвард, Университета в Тренто и Германския център за невродегенеративни заболявания (DZNE) в Магдебург.

„Сензорните умения и способността да разбираме заобикалящата ни среда зависят от мозъчната активност, която ни позволява да възприемаме и обработваме стимули от външния свят. Чрез мозъка си ние сме способни да придобиваме и съхраняваме нова информация, както и да запомняме информация, която вече сме научили“, казват Юри Боци и Габриеле Челини.

„Това завладяващо явление е възможно благодарение на способността на мозъка непрекъснато да променя структурата и ефективността на невронните връзки (синапси) в отговор на външни стимули. Тази способност се нарича синаптична пластичност. Разбирането как протичат синаптичните промени и как те допринасят за ученето и паметта е едно от основните предизвикателства в невронауката.“

Юри Боци е професор в Университета в Тренто и съавтор на статията. Габриеле Челини е първият автор на изследването. Челини започва работа по този проект през 2017 г. като постдокторант в лабораторията на Сабина Берета (болница Маклийн и Медицинско училище Харвард, Бостън) и завършва научната публикация, докато работи като постдокторант в лабораторията на Боци в Университета в Тренто.

В центъра на изследването са хондроитин сулфатите, молекули, добре известни с ролята си в ставите, които също играят важна функция в пластичността на мозъка, бидейки неразделна част от извънклетъчната матрица на мозъка, както първоначално е открито от групата на д-р Александър Дитятев през 2001 г.

През 2007 г. японско проучване описва наличието на клъстери от хондроитин сулфат, кръгли по форма и разпръснати привидно произволно из мозъка. Работата обаче е забравена, докато лабораторията по транслационна неврология на Сабина Берета не връща структурите в научния прожектор, като ги преименува на клъстери CS-6 (за хондроитин сулфат-6, което идентифицира точния им молекулярен състав) и показва, че структурите са свързани с глиални клетки и са значително намалени в мозъците на хора с психотични разстройства.

След това, през 2017 г., Габриеле Челини, новонает в лабораторията на Берета, е натоварен със задачата да разкрие функцията на тези клъстери.

„Първоначално разгледахме тези структури подробно, като ги изобразихме с много висока резолюция. Открихме, че те по същество представляват клъстери от синапси, покрити с CS-6, организирани в ясно разпознаваема геометрична форма. След това идентифицирахме нов тип синаптична организация“, казват учените.

„В този момент трябваше да проявим малко „експериментална креативност“; използвайки комбинация от поведенчески, молекулярни и сложни морфологични подходи, осъзнахме, че тези съединения, капсулирани в CS-6 клъстери, се променят в отговор на електрическата активност в мозъка.“

„Накрая, благодарение на сътрудничеството с Александър Дитятев от DZNE Магдебург и усилията на Хади Мирзапурделавар от неговата група, ние намалихме експресията на CS-6 в хипокампуса (мозъчният регион, отговорен за пространственото учене) и демонстрирахме, че наличието на CS-6 е необходимо за синаптичната пластичност и пространствената памет“, посочват Боци и Челини.

„Тази работа проправя пътя за нов начин на разглеждане на мозъчната функция. Възможно е всички синапси, образувани върху различни неврони в рамките на CS-6 клъстери, да имат способността да реагират заедно на специфични външни стимули и да участват в обща функция, насочена към процесите на учене и памет“, отбелязват те.

„Изглежда, че те представляват нов субстрат за интеграция на информация и формиране на асоциации на многоклетъчно ниво“, добавят Дитятев и Берета.

Тази работа е резултат от сътрудничеството между няколко лаборатории, включително Лабораторията по транслационна неврология (Сабина Берета; болница Маклийн - Медицинско училище Харвард, Бостън), Лабораторията за изследване на невроразвитийни разстройства (Юрий Боци; CIMeC - Интердисциплинарен център за мозъчни науки, Университет в Тренто) и Лабораторията по молекулярна невропластичност (Александър Дитятев; DZNE Магдебург).