Zrozumienie długotrwałych zmian w synapsach między podwzgórzem a hipokampem

Newswise – Złożoność ludzkiego mózgu jest niezrównana. Na szczęście dzięki ciągłym postępom neuronauki w ostatnich dziesięcioleciach zaczynamy rozumieć ludzki mózg. Na przykład wiemy teraz, że synapsy mogą podlegać długotrwałym zmianom w odpowiedzi na swoją własną aktywność i aktywność sąsiednich neuronów, a ta „plastyczność synaptyczna” jest uważana za jeden z głównych mechanizmów odpowiedzialnych za uczenie się i zapamiętywanie.

Chociaż istnieją różne rodzaje neuroplastyczności, najbardziej badane jest długotrwałe wzmacnianie (LTP), zwłaszcza w hipokampie (obszar mózgu związany z uczeniem się i pamięcią). Jak dotąd wiemy, że hipokamp otrzymuje różne rodzaje bodźców pobudzających z różnych obszarów podkorowych. Jednak pozostaje niejasne, czy synapsy podkorowe działające z neuroprzekaźnikami glutaminianem lub GABA podlegają jakiejkolwiek formie LTP, a zatem czy te podkorowe bodźce przyczyniają się do długoterminowej regulacji aktywności hipokampa.

Aby rzucić światło na ten problem, zespół naukowców z Uniwersytetu Doshisha w Japonii przeprowadził ostatnio badanie skupiające się na elastyczności synaps, które przechodzą z jądra nadsutkowego (SuM) do komórek ziarnistych (GC) zakrętu zębatego w hipokampie (DG). Jak opisano w ich artykule Opublikowano w tomie 41, numer 13 czasopisma Raporty komórkowe 27 grudnia 2022 r. zespół starał się wyjaśnić naturę LTP występującego w synapsach SuM-GC, w jaki sposób takie LTP jest wyzwalane oraz jakie substancje chemiczne i białka są zaangażowane. Badanie to było prowadzone przez profesora nadzwyczajnego Yuki Hashimotodani i obejmowało wkład doktoranta Himawari Hirai i profesora Takeshi Sakaba z Doshisha University Graduate School of Brain Sciences.

Zespół przeprowadził szereg eksperymentów na mózgach zmodyfikowanych genetycznie myszy, których neurony przystosowano do ognia pod wpływem światła o określonych częstotliwościach (kolorach). Jeden z głównych zastosowanych przez nich protokołów opierał się na indukcji plastyczności zależnej od synchronizacji impulsów poprzez stymulację zarówno neuronów przed-, jak i postsynaptycznych w krytycznym okresie czasu. To pozwoliło im zbadać, jaki typ LTP wystąpił w szlakach SuM-GC.

Wyniki wskazują, że synapsy pobudzające SuM-GC przechodzą asocjacyjny LTP, a dokładniej hebbowski typ LTP. Mówiąc najprościej, w tej formie plastyczności neurony, które odpalają się razem, wzmacniają swoje połączenie synaptyczne, zwiększając prawdopodobieństwo, że ponownie będą się odpalać razem w przyszłości. Co więcej, zespół odkrył, że chociaż synapsy SuM-GC uwalniały razem GABA i glutaminian, tylko transmisja glutaminianu wyzwalała LTP. Ponadto zidentyfikowali receptory synaptyczne zaangażowane w ten proces.

Ogólnie rzecz biorąc, ich badanie może pomóc neurobiologom lepiej zrozumieć związek między SuM i DG. „Nasze odkrycia wskazują, że aktywność asocjacyjna SuM i DG może indukować LTP w synapsach pobudzających pod korą hipokampa, co może modulować aktywność GC i może przyczyniać się do uczenia się i pamięci związanej ze szlakiem SuM-DG,Dr Hashimotodani podsumowuje to.

W szczególności ścieżka SuM-DG jest interesująca, ponieważ jest ściśle związana z wieloma funkcjami mózgu, w tym między innymi pamięcią przestrzenną, cyklami snu / czuwania, pobudzeniem i poruszaniem się. Jednak naukowcy nadal nie wiedzą, jakie typy wzorców aktywności SuM prowadzą do LTP w synapsach z GC. „Kuszące jest spekulowanie, że różne sygnały z SuM mogą być zaangażowane w indukcję LTP, gdy są powiązane z aktywnością DG. Warunki behawioralne, które inicjują aktywność związaną z SuM i DG dla indukcji LTP, powinny zostać uwzględnione w przyszłych badaniach,Hashimotodani kończy spojrzeniem w przyszłość.

Przy odrobinie szczęścia dalsze badania na tym froncie mogą doprowadzić nas do bardziej fundamentalnego i lepszego zrozumienia, jak działają nasze mózgi.

O profesorze nadzwyczajnym Yuki Hashimotodani z Doszisza Uniwersytet Japoński
Yuki Hashimotodani dołączył do Doshisha University jako profesor nadzwyczajny w 2018 roku. Jego praca koncentruje się na różnych obszarach neuronauki i neurofizjologii, takich jak plastyczność neuronów, receptory neuroprzekaźników i ogólne sieci mózgowe. Ma na swoim koncie ponad 25 publikacji na te tematy i otrzymał nagrody od Japońskiego Towarzystwa Fizjologicznego i Inoue Science Foundation. Jest także członkiem Japan Neuroscience Society, Japanese Physiological Society i Neuroscience Society.

Informacje o finansowaniu
Badanie to było wspierane przez Grants in Aid for Scientific Research (20H03358, 21H05701, 21K19316 i 21H02598) od Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), Takeda Science Foundation, Life Sciences Foundation of Japan i Novartis. Foundation, Naito Foundation, Mochida Memorial Foundation for Medical and Pharmaceutical Research, program JSPS Core-to-Core A. Zaawansowane sieci badawcze (JPJSCCA20220007).