Novo objavljeno istraživanje sa Državnog univerziteta Kolorado odgovara na osnovna pitanja o ćelijskoj povezanosti u mozgu koja bi mogla biti korisna u razvoju tretmana neuroloških bolesti poput autizma, epilepsije ili šizofrenije.
Rad, istaknut u časopisu PNAS, fokusira se na to kako neuroni u mozgu međusobno prenose informacije kroz visoko specijalizovane subćelijske strukture zvane sinapse. Ove delikatne strukture su ključne za kontrolu mnogih procesa u nervnom sistemu putem elektrohemijske signalizacije, a patogene mutacije u genima koje ometaju njihov razvoj mogu izazvati ozbiljne mentalne poremećaje.
Uprkos njihovoj važnoj ulozi u povezivanju neurona u različitim regionima mozga, način na koji se sinapse formiraju i funkcionišu još uvek nije dobro shvaćen, rekao je docent Soham Čanda.
Da bi odgovorili na to fundamentalno pitanje, Čanda i njegov tim na Odeljenju za biohemiju i molekularnu biologiju fokusirali su se na specifičnu i važnu vrstu sinapse koja se zove GABAergična. On je rekao da su istraživači neuronauke dugo pretpostavili da bi se ove sinapse mogle formirati zbog oslobađanja GABA i odgovarajuće senzorne aktivnosti između dva neurona u blizini. Međutim, istraživanja u radu sada pokazuju da ove sinapse mogu početi da se razvijaju autonomno i nezavisno od te neuronske komunikacije, uglavnom zbog skele delovanja proteina zvanog Gefirin. Ovi nalazi pojašnjavaju ključne mehanizme sinaptičkog formiranja, što bi moglo omogućiti istraživačima da se dalje fokusiraju na disfunkciju sinapse i opcije zdravstvenog lečenja.
Čandin tim je koristio ljudske neurone izvedene iz matičnih ćelija da bi razvio model mozga koji bi mogao rigorozno da testira ove odnose. Koristeći alat za uređivanje gena pod nazivom CRISPR-Cas9, uspeli su da genetski manipulišu sistemom i potvrde ulogu Gephirina u procesu formiranja sinapse.
„Naša studija pokazuje da čak i ako presinaptički neuron ne oslobađa GABA, postsinaptički neuron i dalje može sastaviti neophodne molekularne mašinerije spremne da osete GABA“, rekao je Čanda. „Koristili smo alat za uređivanje gena da bismo uklonili protein Gefirin iz neurona, što je u velikoj meri smanjilo ovaj autonomni sklop sinapsi – potvrđujući njegovu važnu ulogu bez obzira na neuronsku komunikaciju.“
Neuronaučnici tradicionalno koriste sisteme glodara za proučavanje ovih sinaptičkih veza u mozgu. Iako to pruža odgovarajući model, Chanda i njegov tim bili su zainteresovani za testiranje svojstava sinapse u ljudskom ćelijskom okruženju koje bi se na kraju moglo lakše prevesti u tretmane.
Da bi to postigao, njegov tim je kultivisao ljudske matične ćelije da bi formirale moždane ćelije koje bi mogle da oponašaju svojstva ljudskih neurona i sinapsi. Zatim su sproveli opsežno snimanje ovih neurona visoke rezolucije i pratili njihove električne aktivnosti kako bi razumeli sinaptičke mehanizme.
Čanda je rekao da je nekoliko mutacija u proteinu Gefirin povezano sa neurološkim poremećajima poput epilepsije, koja menja neuronsku ekscitabilnost u ljudskom mozgu. To čini razumevanje njegove osnovne ćelijske funkcije važnim prvim korakom ka lečenju i prevenciji.
„Sada kada bolje razumemo kako ove sinaptičke strukture interaguju i organizuju se, sledeće pitanje će biti da se razjasni kako defekti u njihovim odnosima mogu dovesti do bolesti i identifikovati načine na koje se može predvideti ili intervenisati u tom procesu“, rekao je on.
