Institut za neuronauke (IN), zajednički centar Španskog nacionalnog istraživačkog saveta (CSIC) i Univerziteta Migel Hernandez (UMH) iz Elčea, vodi, zajedno sa Univerzitetom Keio u Tokiju, studiju koja pokazuje ključnu ulogu jednog od receptori za neurotransmiter glutamat u funkcionisanju sinapsi malog mozga.
Rad objavljen u časopisu Izveštaji ćelija opisuje molekularni mehanizam pomoću kojeg kainatni receptori deluju kao sinaptički receptori i kao ‘skele’ koje podržavaju strukturu veza između neurona.
Ovi rezultati omogućavaju dizajn novih sinaptičkih konektora koristeći specifične kombinacije podjedinica kainatnih receptora i nude obećavajuće mogućnosti za buduće terapeutske primene.
Sinapse su tačke veze gde neuroni uspostavljaju kontakt jedni sa drugima radi prenosa informacija. Da bi došlo do ove komunikacije, presinaptički neuron oslobađa neurotransmiter, koji zatim prima postsinaptički neuron.
Laboratorija Sinaptic Physiology koju je vodio istraživač CSIC-a Huan Lerma na IN je opsežno istraživala glutamatne receptore, koji su neurotransmiteri uključeni u različite procese centralnog nervnog sistema, posebno kainatne receptore, jednu od tri porodice glutamatnih receptora koji posreduju u komunikaciji između neurona.
„Dugi niz godina smo pokušavali da saznamo koja je funkcija kainatnih receptora u sinaptičkoj fiziologiji i moždanim patologijama“, kaže istraživač.
Njegova laboratorija je dala značajan doprinos razumevanju uloge ovih proteina u sinaptičkoj komunikaciji, koje, kada su nefunkcionalne, dovode do više neuroloških i neuropsihijatrijskih poremećaja.
Ovaj tim istraživača IN je ranije otkrio ulogu koju GluK4 protein, jedna od pet podjedinica koje čine kainatne receptore, može da igra kada je prekomerno izražen u patologijama kao što su autizam, depresija i anksioznost. Takođe su pokazali da je GluK1 protein utrostručen kod pacijenata sa Daunovim sindromom i da su ovi dekompenzovani nivoi odgovorni za deficite prostorne memorije primećene kod ovih pacijenata.
Štaviše, laboratorija koju je vodio Michisuke Iuzaki na Odeljenju za neurofiziologiju na Medicinskom fakultetu Univerziteta Keio u Tokiju proučavala je funkcionisanje sinapsi u malom mozgu tokom godina i otkrila da se interakcija između C1kl1 i Gai3 proteina dešava u ovom regionu kako bi omogućavaju formiranje sinapsi.
Međutim, rezultati ove nove studije modifikuju ovaj koncept pokazujući da bez interakcije oba proteina sa kainat receptorima, sinapse se ne formiraju: „Kombinovanjem našeg iskustva i znanja u ovoj novoj saradnji, uspeli smo da potpuno redefinišemo formiranje sinapsa u malom mozgu“, kaže Juzaki.
Stručnjaci su potvrdili da je prisustvo GluK4, koji se ekspresuje preko Purkinje neurona malog mozga, od suštinskog značaja za interakciju koja podržava sinaptički prenos između penjajućih vlakana i ovih neurona. Da bi to potvrdili, istraživači su koristili modele miša u kojima su genetski manipulisali ekspresijom ovih proteina.
Eksperimenti su sprovedeni i u Lerminoj laboratoriji u Alikanteu iu Juzakijevoj u Tokiju i pokazali su da je u malom mozgu sinaptička plastičnost, neophodna za motoričko učenje, ozbiljno pogođena kada je bilo koji od ovih kainatnih receptora potisnut, a oba su neophodna za formiranje sinapse.
Ana Valero Paternain, koautor studije, objašnjava: „Sinaptička plastičnost je sposobnost mozga da formira veze i modulira ih u zavisnosti od svojih potreba. Kada plastičnost ne uspije, dolazi do ozbiljnih motoričkih defekata.“
„U laboratoriji smo potvrdili da kada se broj sinapsi smanji, miševi nisu u stanju da nauče motoričko ponašanje“, kaže Vataru Kakegava, drugi koautor članka.
Sintetički sinaptički konektori modelovani prema analognim proteinima pokazali su obećanje za obnavljanje oštećenih sinapsi u mišjim modelima Alchajmerove bolesti i povreda kičmene moždine. Stoga, rezultati otvaraju obećavajuće puteve za buduće terapeutske primene.
