Vienas iš dalykų, dėl kurių smegenys taip neįtikėtinai sunkiai suprantamos, yra jų gebėjimas prisitaikyti ir prisitaikyti. Mūsų mokymosi patirtis gali sukelti sudėtingas signalizacijos kaskadas, kurios keičia neuronus ir jų sinaptinius ryšius ląstelių lygiu.
Pavyzdžiui, žinduolių organizme mokslininkai nustatė, kad suaktyvėja N-metil-D-aspartato receptorius (NMDAR) ir iš jo atsirandantys kalcio jonai (Ca).2+) priklausoma signalizacijos kaskada yra būtina postsinapsiniam pertvarkymui ir mokymuisi. Kaip galima pagrįstai tikėtis, NMDAR problemos buvo susijusios su neuropsichiatriniais sutrikimais, įskaitant epilepsiją, šizofreniją, autizmą ir intelekto negalią.
Todėl NMDAR funkcijų supratimas yra labai svarbus norint suprasti daugelį neuropatologijų ir plėtoti gydymo būdus. Deja, šios srities tyrimai buvo sudėtingi, nes NMDAR sukelia kai kuriuos tolesnius padarinius. Tiksliau, NMDAR aktyvinimas sukelia Ca2+priklausomos kinazės, tokios kaip CaMKII, kurios fosforilina kitus tikslinius baltymus.
Fosforilinimas yra cheminis procesas, modifikuojantis baltymus, veikiantis kaip molekulinis jungiklis, įjungiantis arba išjungiantis įvairias ląstelių funkcijas. Nors šios modifikacijos yra pagrindinės NMDAR funkcijos, fosforilinimo įvykių ir jų vaidmenų signalizacijos keliuose tyrimas pasirodė sudėtingas.
Japonijos Fujita sveikatos universitete mokslininkų grupė, vadovaujama profesoriaus Kozo Kaibuchi, sukūrė naują atrankos metodą, skirtą fosfoproteomikai – išsamiai fosforilintų baltymų analizei tirti. Straipsnyje, paskelbtame m Mokslo signalizacija 2024 m. rugsėjo 10 d. jie panaudojo šią techniką, norėdami išsiaiškinti, kaip tarpląstelinis NMDAR signalizavimas reguliuoja sinapsinį plastiškumą ir mokymąsi per fosforilinimo įvykius.
Kiti komandos nariai buvo vyresnysis profesoriaus asistentas Yasuhiro Funahashi, dr. Rijwanas Uddinas Ahammadas, profesorius Taku Nagai ir profesorius Takayuki Yamashita iš Fujita sveikatos universiteto, profesorius Yukihiko Noda iš Meijyo universiteto, profesorius Kiyofumi Shigeo Profeso universiteto Nakyogoya Yamada. .
Aukščiau minėtas metodas vadinamas kinazės orientuotu substrato atranka (KIOSS), kurios metu naudojami afiniteto granulės, padengtos domenais, kurie jungiasi prie fosforilintų serino ir treonino liekanų. Naudodami KIOSS, tyrėjai ištyrė fosforilinimo įvykius pasroviui nuo NMDAR izoliuotose pelių smegenų dalyse, esančiose nucleus accumbens (NAc), pagrindinės smegenų struktūros, susijusios su emociniais atsakais, motyvacija ir įvairiomis mokymosi formomis. NMDAR agonisto naudojimas didesniam Ca sukėlimui2+ neuronų antplūdžio, jie patikrino CaMKII fosforilintus baltymus.
Tyrėjai rado 194 baltymus, atitinkančius šį kriterijų, tačiau jie daugiausia dėmesio skyrė Rho GTPazės reguliatoriams, kurie, kaip žinoma, vaidina lemiamą vaidmenį sinaptiniame mokymosi remodeliavime. Įdomu tai, kad jie pastebėjo, kad specifinio reguliatoriaus, vadinamo ARHGEF2, fosforilinimas paskatino RhoA aktyvavimą, o tai savo ruožtu suaktyvino Rho-kinazę / ROCK, baltymą, reikalingą tinkamam neuronų vystymuisi ir struktūrai.
Kaip paaiškina prof. Kaibuchi, komanda nusprendė pasigilinti į ROCK aktyvinimo poveikį šiame kontekste: „ROKOS slopinimas pablogina atminties formavimąsi, įskaitant ilgalaikę erdvinę atmintį hipokampe ir baimės sąlygojančią atmintį šoninėje migdolinėje dalyje. lieka neaišku, ar ROCK reguliuoja aversyvų mokymąsi NAc. Taigi, mes panaudojome peles pasyvaus vengimo teste – baimės motyvuotame teste, klasikiniame laboratorinių gyvūnų atminčiai įvertinti, kad ištirtume, ar ROCK reguliuoja aversyvų mokymąsi.
Mokslininkai galiausiai nustatė 221 ROCK substratą ir eksperimentais in vivo parodė, kad aversiniai dirgikliai aktyvavo CaMKII – RhoA – ROCK kelią. Slopinant šį kelią chemiškai arba naudojant genetines modifikacijas, pablogėjo aversyvus mokymasis, o tai sustiprino rezultatus.
Verta paminėti, kad mokslininkai visus šio tyrimo duomenis įdėjo į viešai prieinamą duomenų bazę, kurią anksčiau sukūrė. „Šiame darbe nustatyti fosforilinti baltymai ir jų fosforilinimo vietos yra užregistruotos mūsų KANPHOS duomenų bazėje”, – sakė prof. Kaibuchi.
„KANPHOS pateikia daug duomenų apie įvairius fosforilinimo smegenyse aspektus, įskaitant tarpląstelinius ir tarpląstelinius signalų perdavimo kelius, fosforilintus baltymus, fosforilinimo vietas, atsakingas kinazes, pelių modelius ir susijusią elgseną bei ligas. Šie duomenys ir pati KANPHOS duomenų bazė yra naudingas šaltinis. siekiant išsiaiškinti NMDAR signalizacijos mechanizmus smegenyse.
Apibendrinant, šio tyrimo indėlis gali būti esminis siekiant geresnio daugelio neuronų ligų supratimo. „Mūsų nustatyti signalizacijos keliai nuo NMDAR, susiję su aversyviu mokymusi, gali padėti suprasti psichikos sutrikimų, tokių kaip šizofrenija, patofiziologijos mechanizmus“, – daro išvadą prof. Kaibuchi.
„Kitas žingsnis yra ištirti, kaip šios išvados gali prisidėti prie gydymo, skirto šių sutrikimų simptomams palengvinti, kūrimo”, – priduria jis.