Cercetătorii au identificat un nou mecanism de neuroplasticitate asociat cu învățarea și memoria

Neuronii sunt importanți, dar nu sunt singurii jucători în acest proces. Într-adevăr, „cartilajul”, grupuri de molecule ale matricei extracelulare numite sulfat de condroitină situate în exteriorul celulelor nervoase, joacă un rol cheie în capacitatea creierului de a achiziționa și stoca informații.

Studiul, publicat în jurnalul Cell Reports descrie un nou mecanism al plasticității creierului sau modul în care conexiunile neuronale se schimbă ca răspuns la stimuli externi. Lucrarea se intitulează „Clusterele de matrice peri-sinaptică focală promovează plasticitatea și memoria dependente de activitate la șoareci.”

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

„Abilitățile senzoriale și capacitatea de a înțelege mediul nostru depind de activitatea creierului, ceea ce ne permite să percepem și să procesăm stimulii care vin din lumea exterioară. Prin creierul nostru, suntem capabili să dobândim și să stocăm noi informații, ca precum și amintiți-vă informațiile pe care le-am aflat deja”, spun Yuri Bozzi și Gabriele Chelini.

„Acest fenomen fascinant este posibil prin capacitatea creierului de a schimba continuu structura și eficacitatea conexiunilor neuronale (sinapsele) ca răspuns la stimuli externi. Această abilitate se numește plasticitate sinaptică. Înțelegerea modului în care apar modificările sinaptice și a modului în care acestea contribuie la învăţarea şi memoria este una dintre sarcinile principale ale neurobiologiei.”

Yuri Bozzi este profesor la Universitatea din Trento și coautor principal al articolului. Gabriele Chelini este primul autor al studiului. Celini a început să lucreze la acest proiect în 2017 ca bursier postdoctoral în laboratorul condus de Sabina Berretta (McLean Hospital și Harvard Medical School, Boston) și a finalizat publicația științifică în timp ce lucra ca bursier postdoctoral în laboratorul lui Bozzi de la Universitatea din Trento.

Studiul se concentrează pe sulfatii de condroitină, molecule bine cunoscute pentru rolul lor în articulații, care joacă și o funcție importantă în plasticitatea creierului, fiind parte integrantă a matricei extracelulare a creierului, așa cum a fost descoperit inițial de grupul doctorului Alexander Dityatev. În 2001.

În 2007, un studiu japonez a descris prezența unor grupuri rotunde de sulfați de condroitină împrăștiați aparent aleatoriu în creier. Această lucrare a fost însă uitată, până când laboratorul de neurobiologie translațională al Sabinei Berretta a readus aceste structuri în atenția comunității științifice, redenumindu-le clustere CS-6 (pentru condroitin sulfate-6, care identifică compoziția lor moleculară precisă) și demonstrând că aceste structuri sunt asociate cu celulele gliale și sunt mult reduse în creierul persoanelor cu tulburări psihotice.

Apoi, în 2017, Gabriele Celini, nou angajat în laboratorul lui Berretta, a fost însărcinată să descopere funcția acestor clustere.

„Am examinat mai întâi aceste structuri în detaliu, imaginându-le la rezoluție foarte mare. Am descoperit că sunt în esență grupuri de sinapse acoperite cu CS-6 și organizate într-o formă geometrică clar recunoscută. Apoi am identificat un nou tip de sinaptice. Organizație „spun oamenii de știință.

„În acest moment, a trebuit să exersăm o oarecare „creativitate experimentală”; printr-o combinație de abordări comportamentale, moleculare și morfologice sofisticate, ne-am dat seama că acești compuși, încapsulați în clustere CS-6, se modifică ca răspuns la activitatea electrică din creier."

„În sfârșit, datorită colaborării cu Alexander Dityatev de la DZNE Magdeburg și eforturilor lui Hadi Mirzapourdelawar din grupul său, am redus expresia CS-6 în hipocamp (o regiune a creierului responsabilă pentru învățarea spațială) și am demonstrat că prezența CS-6 este necesară pentru plasticitatea sinaptică și memoria spațială”, subliniază Bozzi și Celini.

„Această lucrare deschide calea pentru o nouă viziune asupra funcției creierului. Este posibil ca toate sinapsele formate pe diferiți neuroni din clusterele 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.

„Ele par să reprezinte un nou substrat pentru integrarea informațiilor și formarea de asociații la nivel multicelular”, adaugă Dityatev și Berretta.

Această lucrare este rezultatul unei colaborări între mai multe laboratoare, inclusiv Laboratorul de Neurobiologie Translațională (Sabina Berretta; Spitalul McLean - Harvard Medical School, Boston), Laboratorul de Cercetare a Tulburărilor Neurodezvoltare (Yuri Bozzi; CIMeC - Centrul Interdisciplinar pentru Știința Creierului), Universitatea din Trento) și neuroplasticitatea moleculară (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).