Cercetătorii identifică un nou mecanism de neuroplasticitate legat de învățare și memorie

Neuronii sunt importanți, dar nu sunt singurii actori implicați în acest proces. Într-adevăr, „cartilajul”, sub forma unor grupuri de molecule din matricea extracelulară numite sulfați de condroitină, situate la exteriorul celulelor nervoase, joacă un rol cheie în capacitatea creierului de a achiziționa și stoca informații.

Un studiu publicat în revista Cell Reports descrie un nou mecanism pentru plasticitatea creierului, sau modul în care conexiunile neuronale se schimbă ca răspuns la stimuli externi. Articolul este intitulat „Clusterele focale ale matricei perisinaptice promovează plasticitatea și memoria dependente de activitate la șoareci”.

Această lucrare este rezultatul unei colaborări între Facultatea de Medicină Harvard, Universitatea din Trento și Centrul German pentru Boli Neurodegenerative (DZNE) din Magdeburg.

„Abilitățile senzoriale și capacitatea de a înțelege mediul înconjurător depind de activitatea cerebrală, care ne permite să percepem și să procesăm stimuli din lumea exterioară. Prin intermediul creierului nostru, suntem capabili să dobândim și să stocăm informații noi, precum și să ne amintim informațiile pe care le-am învățat deja”, spun Yuri Bozzi și Gabriele Cellini.

„Acest fenomen fascinant este posibil datorită capacității creierului de a schimba continuu structura și eficacitatea conexiunilor neuronale (sinapselor) ca răspuns la stimuli externi. Această capacitate se numește plasticitate sinaptică. Înțelegerea modului în care se produc schimbările sinaptice și a modului în care acestea contribuie la învățare și memorie este una dintre principalele provocări din neuroștiință.”

Yuri Bozzi este profesor la Universitatea din Trento și coautor principal al lucrării. Gabriele Cellini este primul autor al studiului. Cellini a început să lucreze la acest proiect în 2017 ca cercetător postdoctoral în laboratorul Sabinei Berretta (Spitalul McLean și Școala Medicală Harvard, Boston) și a finalizat publicația științifică în timp ce lucra ca cercetător postdoctoral în laboratorul lui Bozzi de la Universitatea din Trento.

În centrul studiului se află sulfații de condroitină, molecule bine cunoscute pentru rolul lor în articulații, care joacă și o funcție importantă în plasticitatea creierului, fiind o parte integrantă a matricei extracelulare a creierului, așa cum au fost descoperiți inițial de grupul Dr. Alexander Dityatev în 2001.

În 2007, un studiu japonez a descris prezența unor clustere de sulfat de condroitină, rotunde ca formă și împrăștiate aparent aleatoriu în creier. Lucrarea a fost însă uitată, până când laboratorul de neuroștiințe translaționale al Sabinei Berretta a readus structurile în atenția științifică, redenumindu-le clustere CS-6 (de la sulfatul de condroitină-6, care identifică compoziția lor moleculară precisă) și demonstrând că structurile sunt asociate cu celulele gliale și sunt mult reduse în creierul persoanelor cu tulburări psihotice.

Apoi, în 2017, Gabriele Cellini, recent angajat în laboratorul lui Berretta, a fost însărcinat să descopere funcția acestor grupuri.

„Am examinat mai întâi aceste structuri în detaliu, imagisindu-le la o rezoluție foarte mare. Am descoperit că erau, în esență, grupuri de sinapse acoperite cu CS-6, organizate într-o formă geometrică clar recognoscibilă. Apoi am identificat un nou tip de organizare sinaptică”, spun oamenii de știință.

„În acest moment a trebuit să devenim puțin «creativi experimentali»; folosind o combinație de abordări comportamentale, moleculare și morfologice sofisticate, ne-am dat seama că acești compuși încapsulați în grupuri CS-6 se modifică ca răspuns la activitatea electrică din creier.”

„În cele din urmă, datorită colaborării cu Alexander Dityatev de la DZNE Magdeburg și eforturilor lui Hadi Mirzapurdelawar din grupul său, am redus expresia CS-6 în hipocampus (regiunea creierului responsabilă de învățarea spațială) și am demonstrat că prezența CS-6 este necesară pentru plasticitatea sinaptică și memoria spațială”, subliniază Bozzi și Cellini.

„Această lucrare deschide calea pentru o nouă modalitate de a privi funcția creierului. Este posibil ca toate sinapsele formate pe diferiți neuroni din cadrul clusterelor CS-6 să aibă capacitatea de a răspunde împreună la stimuli externi specifici și de a participa la o funcție comună care vizează procesele de învățare și memorie”, notează ei.

„Se pare că reprezintă un nou substrat pentru integrarea informațiilor și formarea asocierilor la nivel multicelular”, adaugă Dityatev și Berretta.

Această lucrare este rezultatul colaborării dintre mai multe laboratoare, inclusiv Laboratorul de Neuroștiințe Translaționale (Sabina Berretta; Spitalul McLean - Harvard Medical School, Boston), Laboratorul de Cercetare a Tulburărilor de Neurodezvoltare (Yuri Bozzi; CIMeC - Centrul Interdisciplinar pentru Știința Creierului, Universitatea din Trento) și Laboratorul de Neuroplasticitate Moleculară (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).