Nieznane wcześniej rola receptorów NMDA w plastyczności mózgu i uczeniu się
Sygnały przekazywane między komórkami nerwowymi mózgu lub neuronami wykorzystują synapsy – niewielkie przerwy między neuronami – do komunikacji. Synapsy mogą się zmieniać i dostosowywać w czasie, co jest procesem znanym jako plastyczność, mającym także kluczowe znaczenie dla pamięci i uczenia się. "Neurony są stymulowane przez synapsy, które generują pewien wzorzec aktywności elektrycznej, przekazywany następnie do innych neuronów. To właśnie w ten sposób działa sieć mózgowa”, wyjaśnia koordynator projektu NovelNMDA Brett Carter z European Neuroscience Institute(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na University Medical Center(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Göttingen w Niemczech. Projekt NovelNMDA został sfinansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Po „pobudzeniu” lub stymulacji komórka wysyłająca generuje sygnał elektryczny, który przekształca się w chemiczny neuroprzekaźnik, w tym przypadku glutaminian, oddziałujący z receptorami w komórce odbierającej. Tak zwane receptory N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) występują w większości synaps glutaminergicznych. „Jeśli uda nam się wyjaśnić, w jaki sposób NMDA sygnalizuje, być może będziemy mogli ukierunkować go za pomocą innych eksperymentów lub farmakologii, aby zmienić przebieg plastyczności synaptycznej”, mówi Carter. W dłuższej perspektywie te podstawowe badania mogą przydać się do opracowania bardziej wyrafinowanych sposobów leczenia schorzeń neurologicznych, na przykład leczenia długotrwałej depresji.
Rola jonów wapnia
Jak wyjaśnia Carter, kiedy receptory NMDA są aktywne, otwierają kanał umożliwiający przepływ jonów wapnia do i z komórki oraz zmieniają zachowanie elektryczne. „Receptory NMDA są przedmiotem wielu badań, ponieważ uważa się, że wapń jest naprawdę ważny dla biochemicznej sygnalizacji w synapsach i plastyczności synaptycznej”. Jednak receptory NMDA mogą także omijać kanał wapniowy. „Może to być niezależne od sygnałów wapniowych z tych receptorów – jest to nowy sposób sygnalizacji, który nie był dotychczas dostrzegany”, tłumaczy. „Uważamy, że oprócz otwierania kanału jonowego podczas wiązania glutaminianu, wysyła on inny sygnał do wnętrza komórki, który następnie prowadzi do kaskady biochemicznej sygnalizującej długoterminową plastyczność”.
Techniki obrazowania do rozpoznawania wapnia
Do obserwacji poszczególnych synaps wykorzystano techniki obrazowania optycznego z użyciem fluorescencyjnych cząsteczek czułych na wapń. Jednocześnie sygnały elektryczne generowane przez neurony monitorowano za pomocą technik elektrofizjologicznych u myszy laboratoryjnych, aby przekonać się, jak działają i zmieniają się poszczególne synapsy. „Wykorzystaliśmy farmakologię do manipulowania receptorami w określonych szlakach sygnałowych, aby sprawdzić, jak wpływa to na pomiar elektrofizjologiczny”, mówi Carter i dodaje: „Poczyniliśmy pewne postępy w kwestii ustalenia, jak zachodzi ta plastyczność”. Zespół ustalił, że receptory NMDA mają nową funkcję sygnalizacyjną niezależną od ich aktywności kanału jonowego, która wydaje się obejmować sygnalizację wsteczną i potencjalnie wpływa na plastyczność synaptyczną w sposób dotychczas niepoznany. Zwraca uwagę, że ketamina, lek już stosowany w leczeniu depresji opornej na leczenie „blokuje funkcję kanału jonowego receptora NMDA, ale pozostawia nienaruszoną inną funkcję niejonową”. Dotychczasowe badania koncentrowały się na zmianach postsynaptycznych, jednak plastyczność zachodzi także w neuronach presynaptycznych lub wysyłających, co wykazał także finansowany przez UE projekt SYNPRIME.
Badania skupiają się na wczesnym rozwoju
Carter zwraca uwagę, że wąsy gryzoni są ważnymi organami czuciowymi połączonymi z korą somatosensoryczną, czyli częścią mózgu, która przetwarza informacje czuciowe, takie jak dotyk, ból, temperatura i świadomość fizyczna. Plastyczność jest procesem utrzymującym się także w późniejszym wieku. „My skupiliśmy się jednak na wczesnej plastyczności rozwojowej, krytycznym okresie rozwoju, w którym doświadczenie w świecie zmienia sposób funkcjonowania komórek w korze mózgowej”, dodaje. „Oprócz plastyczności długoterminowej, zaobserwowaliśmy osobliwy krótkoterminowy przebieg czasowy plastyczności w synapsach korowych, który wskazuje na rozwijającą się z czasem depresję”.
