Νέα έρευνα αποκαλύπτει ταχύτατη προσαρμογή των συνάψεων στην επικοινωνία των νευρώνων
Κάθε κίνηση που κάνουμε και κάθε μνήμη που σχηματίζουμε εξαρτάται από την ακριβή επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων. Όταν αυτή η επικοινωνία διαταράσσεται, ο εγκέφαλος πρέπει να επαναφέρει γρήγορα την εσωτερική του σήμανση για να διατηρήσει τη σωστή λειτουργία των κυκλωμάτων του. Μια νέα έρευνα από το USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences δείχνει ότι οι νευρώνες μπορούν να σταθεροποιήσουν την σήμανση τους χρησιμοποιώντας έναν γρήγορο, φυσικό μηχανισμό – αντί της ηλεκτρικής δραστηριότητας που οι επιστήμονες πίστευαν ότι ήταν απαραίτητη.
Μηχανισμός προσαρμογής και σημασία του
Η ανακάλυψη, που υποστηρίζεται από επιχορηγήσεις των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας και δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Proceedings of the National Academy of Sciences, αποκαλύπτει ένα σύστημα που δεν εξαρτάται από τη ροή φορτισμένων σωματιδίων για να διατηρήσει τη σήμανση όταν ένα μέρος μιας σύναψης – η ένωση μεταξύ των νευρώνων – σταματά ξαφνικά να λειτουργεί. Η διατήρηση αυτής της ισορροπίας μεταξύ των νευρώνων είναι κρίσιμη για τον έλεγχο των μυών, τη μάθηση και τη συνολική υγεία του εγκεφάλου. Η αποτυχία διατήρησης αυτής της “ομοιόστασης” έχει συνδεθεί με νευρολογικές παθήσεις όπως η επιληψία και ο αυτισμός.
Η έρευνα και τα ευρήματα
Οι ερευνητές του USC Dornsife, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή βιολογικών επιστημών Dion Dickman, επιχείρησαν να κατανοήσουν πώς οι νευρώνες αποζημιώνουν όταν η επικοινωνία μεταξύ τους αποτυγχάνει. Ειδικότερα, ήθελαν να μάθουν πώς η πλευρά που δέχεται τη σήμανση σε μια σύναψη ανιχνεύει μια ξαφνική απώλεια λειτουργίας και στέλνει σήμα στον αποστολέα να αυξήσει την παραγωγή του για να αποκαταστήσει την ομοιόσταση.
Δουλεύοντας με φρούτα μύγες, ένα τυπικό μοντέλο για τη μελέτη του νευρικού συστήματος, η ομάδα μπλόκαρε τους υποδοχείς γλουταμικού στην πλευρά που δέχεται τη σήμανση με μια χημική ουσία που τους απενεργοποιούσε. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν ηλεκτρικές καταγραφές και μικροσκοπία υψηλής ανάλυσης για να παρακολουθήσουν την αντίδραση της σύναψης. Για να εντοπίσουν τα μόρια που ευθύνονται για την ενεργοποίηση της αντίδρασης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εργαλεία γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR για να αφαιρέσουν συγκεκριμένες δομικές πρωτεΐνες μία προς μία και να παρατηρήσουν τι άλλαξε στα κύτταρα.
Σημαντικά ευρήματα και προοπτικές
Αυτή η διαδικασία αποκάλυψε ότι ο βασικός παράγοντας για την ταχεία προσαρμογή δεν είναι η απώλεια ηλεκτρικής δραστηριότητας, αλλά η φυσική αναδιοργάνωση ενός συγκεκριμένου τύπου υποδοχέα. Όταν αυτοί οι υποδοχείς μπλοκαρίστηκαν, αναδιοργανώθηκαν μέσα στη σύναψη, κάτι που ενεργοποίησε μια διαδικασία σήμανσης που πρόσταξε τον αποστολέα να απελευθερώσει περισσότερους νευροδιαβιβαστές, βοηθώντας στη διατήρηση της σταθερής επικοινωνίας. Μια πρωτεΐνη στήριξης που ονομάζεται DLG αποδείχθηκε κρίσιμη για αυτήν την αντίδραση. Όταν η DLG αφαιρέθηκε με τη χρήση του CRISPR, η ταχεία αποζημίωση απέτυχε.
Οι ερευνητές έδειξαν επίσης ότι αυτή η γρήγορη διαδικασία σήμανσης συνεχίζεται ακόμα και όταν όλες οι ηλεκτρικές δραστηριότητες της σύναψης είναι σιωπηλές, υποδεικνύοντας ότι το σύστημα βασίζεται σε δομικά σήματα και όχι σε ηλεκτρικά σήματα. Η κατανόηση του πώς οι συνάψεις προσαρμόζονται γρήγορα μπορεί να καθοδηγήσει μελλοντική έρευνα για θεραπείες που θα ενισχύσουν την ανθεκτικότητα των νευρώνων και θα αποτρέψουν νευρολογικές ασθένειες.
