Дослідники виявили новий механізм нейропластичності, пов'язаний з навчанням і пам'яттю

Нейрони важливі, але вони не єдині учасники процесу. Дійсно, саме «хрящ», кластери молекул позаклітинного матриксу, які називаються хондроїтинсульфатами, розташовані на зовнішній стороні нервових клітин, відіграють ключову роль у здатності мозку отримувати та зберігати інформацію.

Дослідження, опубліковане в журналі Cell Reports, описує новий механізм пластичності мозку або те, як нейронні зв’язки змінюються у відповідь на зовнішні подразники. Стаття називається «Фокальні перисинаптичні матричні кластери сприяють пластичності та пам’яті, що залежать від активності, у мишей».

Ця робота є результатом співпраці між Гарвардською медичною школою, Університетом Тренто та Німецьким центром нейродегенеративних захворювань (DZNE) у Магдебурзі.

"Сенсорні навички та здатність розуміти навколишнє середовище залежать від активності мозку, який дозволяє нам сприймати та обробляти стимули, що надходять із зовнішнього світу. Через наш мозок ми можемо здобувати та зберігати нову інформацію, як а також запам'ятати інформацію, яку ми вже засвоїли", - кажуть Юрій Боцці та Габріеле Челіні.

"Цей захоплюючий феномен став можливим завдяки здатності мозку постійно змінювати структуру та ефективність нейронних зв’язків (синапсів) у відповідь на зовнішні подразники. Ця здатність називається синаптичною пластичністю. Розуміння того, як відбуваються синаптичні зміни та як вони сприяють навчання та пам'ять є одним із головних завдань нейробіології."

Юрі Боцці є професором Університету Тренто та співавтором статті. Габріеле Челіні є першим автором дослідження. Селіні розпочав роботу над цим проектом у 2017 році як постдокторант у лабораторії під керівництвом Сабіни Берретти (Лікарня МакЛін і Гарвардська медична школа, Бостон) і завершив наукову публікацію, працюючи як докторант у лабораторії Боцці в Університеті Тренто.

Дослідження зосереджено на хондроїтинсульфатах, молекулах, добре відомих своєю роллю в суглобах, які також відіграють важливу функцію в пластичності мозку, будучи невід’ємною частиною позаклітинного матриксу мозку, як спочатку виявила група доктора Олександра Дітятєва у 2001 році.

У 2007 році японське дослідження описало наявність округлих скупчень хондроїтинсульфатів, які, здавалося б, безладно розкидані в мозку. Однак ця робота була забута, поки трансляційна нейробіологічна лабораторія Сабіни Берретти не повернула увагу наукової спільноти до цих структур, перейменувавши їх у кластери CS-6 (для хондроїтинсульфату-6, який визначає їхній точний молекулярний склад) і продемонструвавши, що ці структури є пов’язані з гліальними клітинами та значно зменшуються в мозку людей із психотичними розладами.

Тоді, у 2017 році, Габріеле Челіні, щойно найнятому в лабораторію Берретти, було доручено розкрити функцію цих кластерів.

"Спочатку ми детально дослідили ці структури, відобразивши їх із дуже високою роздільною здатністю. Ми виявили, що це, по суті, скупчення синапсів, покритих CS-6 і організованих у чітко впізнавану геометричну форму. Потім ми ідентифікували новий тип синапсів організація », кажуть вчені.

«На цьому етапі нам довелося проявити деяку «експериментальну творчість»; завдяки поєднанню поведінкових, молекулярних і складних морфологічних підходів ми зрозуміли, що ці сполуки, інкапсульовані в кластери CS-6, змінюються у відповідь на електричну активність у мозок».

Нарешті, завдяки співпраці з Олександром Дітятєвим з DZNE Magdeburg і зусиллям Хаді Мірзапурделавара з його групи ми зменшили експресію CS-6 у гіпокампі (ділянка мозку, відповідальна за просторове навчання) і продемонстрували що присутність CS-6 необхідна для синаптичної пластичності та просторової пам’яті», – зазначають Боцці та Селіні.

Ця робота відкриває шлях для нового погляду на функції мозку. Можливо, що всі синапси, утворені на різних нейронах у кластерах CS-6, мають здатність разом реагувати на специфічні зовнішні подразники та брати участь у загальній функції, спрямованій на процеси навчання та пам'яті", - зазначають вони.

«Вони, здається, являють собою новий субстрат для інтеграції інформації та формування асоціацій на багатоклітинному рівні», — додають Дітятєв і Берретта.

Ця робота є результатом співпраці між декількома лабораторіями, зокрема Лабораторією трансляційної нейробіології (Сабіна Берретта; лікарня МакЛін – Гарвардська медична школа, Бостон), Лабораторією дослідження розладів нервової системи (Юрі Бозі; CIMeC – Міждисциплінарний центр науки про мозок)., Університет Тренто) та молекулярної нейропластичності (Олександр Дітятєв; DZNE Magdeburg).