Kada naučimo nešto novo, naše moždane ćelije (neuroni) komuniciraju jedni sa drugima putem električnih i hemijskih signala. Ako ista grupa neurona često komunicira zajedno, veze između njih postaju jače. Ovaj proces pomaže našem mozgu da nauči i zapamti stvari i poznat je kao dugoročna potenciranje ili LTP.
Druga vrsta LTP-a se javlja kada je mozak privremeno lišen kiseonika — dugotrajno pojačanje izazvano anoksijom ili aLTP. aLTP blokira prethodni proces i na taj način narušava učenje i pamćenje. Stoga, neki naučnici misle da bi aLTP mogao biti uključen u probleme sa pamćenjem koji se vide u uslovima kao što je moždani udar.
Istraživači sa Okinavskog instituta za nauku i tehnologiju (OIST) i njihovi saradnici su detaljno proučili aLTP proces. Otkrili su da je za održavanje aLTP-a potrebna aminokiselina glutamat, koja pokreće proizvodnju azotnog oksida (NO) u neuronima i krvnim sudovima mozga.
Ovaj proces formira pozitivnu povratnu petlju glutamat-NO-glutamat. Njihova studija, objavljena u iScience, ukazuje na to da bi kontinuirano prisustvo aLTP-a potencijalno moglo ometati procese jačanja pamćenja u mozgu i objasniti gubitak pamćenja uočen kod određenih pacijenata nakon što su doživjeli moždani udar.
Kada postoji nedostatak kiseonika u mozgu, glutamat, neurotransmiter, se oslobađa iz neurona u velikim količinama. Ovaj povećani glutamat izaziva proizvodnju NO. NO proizveden u neuronima i krvnim sudovima mozga povećava oslobađanje glutamata iz neurona tokom aLTP. Ova petlja glutamat-NO-glutamat nastavlja se čak i nakon što mozak dobije dovoljno kiseonika.
„Želeli smo da znamo kako nedostatak kiseonika utiče na mozak i kako se te promene dešavaju“, rekao je dr Han-Jing Vang, istraživač u bivšoj Jedinici za ćelijske i molekularne sinaptičke funkcije u OIST-u i glavni autor studije.
„Poznato je da je azot oksid uključen u oslobađanje glutamata u mozgu kada postoji nedostatak kiseonika, ali mehanizam je bio nejasan.“
Tokom moždanog udara, kada je mozak lišen kiseonika, amnezija – gubitak nedavnih sećanja – može biti jedan od simptoma. Istraživanje efekata nedostatka kiseonika na mozak je važno zbog potencijalnih medicinskih koristi.
„Ako možemo da otkrijemo šta se dešava u tim neuronima kada nemaju kiseonik, to bi moglo da ukaže na to kako da se leči pacijenti sa moždanim udarom“, dr Patrik Stoni, naučnik u OIST-ovoj jedinici za senzornu i bihevioralnu neuronauku i bivši član ćelijske i molekularne sinaptičke funkcije jedinice, objašnjeno.
Moždana tkiva miševa su stavljena u fiziološki rastvor, oponašajući prirodno okruženje u živom mozgu. Obično je ovaj rastvor oksigenisan da bi se zadovoljile visoke potrebe moždanog tkiva za kiseonikom. Međutim, zamena kiseonika azotom omogućila je istraživačima da liše ćelije kiseonika na precizan vremenski period.
Tkiva su zatim pregledana pod mikroskopom i na njih su postavljene elektrode za snimanje električne aktivnosti pojedinačnih ćelija. Ćelije su stimulisane na način koji oponaša kako bi bile stimulisane kod živih miševa.
Naučnici su otkrili da održavanje aLTP-a zahteva proizvodnju NO u neuronima i krvnim sudovima u mozgu. Naučnici koji sarađuju iz OIST-ove jedinice za optičku neuromidžing pokazali su da je, pored neurona i krvnih sudova, aLTP potrebna aktivnost astrocita, druge vrste moždanih ćelija. Astrociti povezuju i podržavaju komunikaciju između neurona i krvnih sudova.
„Dugotrajno održavanje aLTP-a zahteva kontinuiranu sintezu azot-oksida. NO sinteza je samoodrživa, podržana od NO-glutamatne petlje, ali blokiranje molekularnih koraka za NO-sintezu ili onih koji pokreću oslobađanje glutamata na kraju poremete petlju i zaustavljaju aLTP “, objasnio je prof. Tomojuki Takahaši, vođa bivše Jedinice za ćelijske i molekularne sinaptičke funkcije u OIST-u.
Posebno, ćelijske procese koji podržavaju aLTP dele oni koji su uključeni u jačanje pamćenja i učenje (LTP). Kada je aLTP prisutan, on otima molekularne aktivnosti potrebne za LTP i uklanjanje aLTP-a može spasiti ove mehanizme za poboljšanje memorije. Ovo sugeriše da dugotrajni aLTP može ometati formiranje pamćenja, verovatno objašnjavajući zašto neki pacijenti imaju gubitak pamćenja nakon kratkog moždanog udara.
Prof. Takahashi je naglasio da je formiranje pozitivne povratne sprege između glutamata i NO kada je mozak privremeno lišen kiseonika važan nalaz. Objašnjava dugotrajan aLTP i može ponuditi rešenje za gubitak pamćenja uzrokovan nedostatkom kiseonika.
