Neuroni su važni, ali nisu sve. Zaista, „hrskavica“, u obliku klastera ekstracelularnih matriksnih molekula zvanih hondroitin sulfati, koja se nalazi u spoljašnjim nervnim ćelijama, igra ključnu ulogu u sposobnosti mozga da pribavlja i skladišti informacije.
Studija objavljena u Cell Reports opisuje novi mehanizam plastičnosti mozga ili kako se nervne veze menjaju kao odgovor na spoljašnje stimuluse. Rad je naslovljen „Fokalni klasteri perisinaptičke matrice doprinose plastičnosti i pamćenju zavisne od aktivnosti kod miševa.“
Rad proističe iz saradnje između Harvardske medicinske škole, Univerziteta u Trentu i Nemačkog centra za neurodegenerativne bolesti (DZNE) u Magdeburgu.
„Čulne veštine i sposobnost razumevanja naše okoline zavise od aktivnosti mozga, koji nam omogućava da percipiramo i obrađujemo stimuluse koji dolaze iz spoljašnjeg sveta. Preko našeg mozga smo u stanju da usvajamo i skladištimo nove informacije, kao i da pamtimo informacije. već smo nabavili“, kažu Jurij Bozi i Gabrijele Čelini.
„Ovaj fascinantan fenomen je omogućen zahvaljujući sposobnosti mozga da kontinuirano menja strukturu i efikasnost neuronskih veza (sinapsa) kao odgovor na spoljašnje stimulanse. Sposobnost koja se zove sinaptička plastičnost. Razumevanje kako se dešavaju sinaptičke modifikacije i kako one doprinose učenje i pamćenje jedan je od velikih izazova u neuronauci.“
Jurij Bozi je profesor na Univerzitetu u Trentu i ko-stariji autor. Gabriele Chelini je prvi autor studije. Čelini je radio na ovom projektu počevši od 2017. godine, kao postdoktorski saradnik u laboratoriji koju je vodila Sabina Bereta (McLean Hospital i Harvard Medical School, Boston), a naučnu publikaciju je završio tokom godina kao postdoktorski saradnik u Bozijevoj laboratoriji na Univerzitetu u Trento.
U centru istraživanja su hondroitin sulfati, molekuli dobro poznati po svojoj ulozi u zglobovima, koji takođe igraju ključnu funkciju u plastičnosti mozga, budući da su sastavni deo ekstracelularnog matriksa mozga, kao što je 2001. godine prvobitno otkrio dr Aleksandar Ditjatev.
U 2007, japanska studija je opisala prisustvo klastera hondroitin sulfata, kružnog oblika, naizgled nasumično rasutih u mozgu. Međutim, ovaj rad je pao u zaborav, sve dok laboratorija za translacionu neuronauku Sabine Berete nije ponovo skrenula pažnju naučne zajednice o ove strukture, preimenujući ih u CS-6 klastere (od hondroitin sulfata-6, koji identifikuje njihov precizan molekularni sastav) i demonstrirajući kako ove strukture su bile povezane sa glijalnim ćelijama i bile su ozbiljno smanjene u mozgu ljudi sa psihotičnim poremećajima.
Zatim je 2017. Gabriele Chelini, novozaposlen u Beretinoj laboratoriji, dobio zadatak da otkrije funkciju ovih klastera.
„Prvo smo otišli da detaljno istražimo ove strukture, vizualizujući ih u veoma visokoj rezoluciji. Otkrili smo da su to u suštini skupovi sinapsi obloženih CS-6 i organizovanih u jasno prepoznatljivom geometrijskom obliku. Zatim smo istakli novi tip sinaptičke organizacije“, prepričavaju naučnici.
„U ovom trenutku, morali smo da koristimo neku ‘eksperimentalnu kreativnost’; sa kombinacijom bihevioralnih, molekularnih i rafiniranih morfoloških pristupa, shvatili smo da se ove veze inkapsulirane u CS-6 klasterima menjaju kao odgovor na električnu aktivnost u mozgu.“
„Konačno, kroz saradnju sa Aleksandrom Ditjatijevim u DZNE Magdeburgu i naporima Hadija Mirzapurdelavara iz njegove grupe, ublažili smo ekspresiju CS-6 u hipokampusu (regiji mozga odgovornom za prostorno učenje) i pokazali da prisustvo CS-6 je neophodan za sinaptičku plastičnost i prostornu memoriju“, ističu Bozi i Čelini.
„Ovaj rad utire put novom načinu razmišljanja o funkcionisanju mozga. Moguće je da sve sinapse formirane na različitim neuronima unutar CS-6 klastera imaju sposobnost da reaguju horski na specifične stimuluse iz okoline i da su uključene u zajedničku funkciju koja ima za cilj u procesima učenja i pamćenja“, primećuju oni.
„Izgleda da predstavljaju novi supstrat integracije informacija i formiranja asocijacija na višećelijskom nivou“, dodaju Ditjatev i Bereta.
Rad je rezultat saradnje između nekoliko laboratorija, uključujući laboratoriju za translacionu neuronauku (Sabina Berretta; McLean Hospital—Harvard Medical School, Boston), laboratoriju za istraživanje neurorazvojnih poremećaja (Iuri Bozzi; CIMeC—Centro Interdipartimentale Mente/Cervello, Univerzitet u Trento) i Laboratorija za molekularnu neuroplastičnost (Aleksandar Ditjatev; DZNE Magdeburg).
