Nervų sistemos funkcijos, pradedant judesiu iki suvokimo iki pažinimo, priklauso nuo aktyvių nervinių grandinių jungčių (sinapsių) zonų, išskiriančių reikiamą jų cheminių signalų kiekį tinkamu metu. Stebėdami, kaip sinapsinės aktyviosios zonos susidaro ir subręsta vaisių musėse, „Picower“ mokymosi ir atminties instituto MIT tyrėjai atskleidė esminį modelį, kaip nervų veikla vystymosi metu sukuria tinkamai veikiančius ryšius.
Suprasti, kaip tai atsitiks, yra svarbu ne tik tobulinant pagrindines žinias apie tai, kaip vystosi nervų sistemos, bet ir todėl, kad daugelis sutrikimų, tokių kaip epilepsija, autizmas ar intelekto negalia, gali atsirasti dėl sinapsės perdavimo aberacijų, sakė vyresnysis autorius Troy Littleton, Menicon profesorius Picower institute ir MIT Biologijos skyriuje.
Nauji išvados suteikia įžvalgos apie tai, kaip aktyvios zonos ugdo galimybę siųsti neurotransmiterius per sinapses į savo grandinės tikslus. Tyrimas rodo, kad tai nėra akimirksniu ar iš anksto numatyta. Visiškai subręsti gali prireikti dienų ir tai reguliuoja nervų veikla.
Jei mokslininkai gali visiškai suprasti procesą, sakė Littletonas, tada jie gali sukurti molekulines strategijas, kad galėtų įsikišti į sinapsinį perdavimą, kai tai vyksta per daug ar per mažai ligos.
„Mes norėtume, kad svirtys, kurias reikia pastūmėti, kad sinapsės būtų stipresnės ar silpnesnės, tai tikrai“, – teigė Littletonas. „Taigi, žinoti visą svirčių asortimentą, kurį galime pritaikyti, kad būtų galima pakeisti išvestį, būtų įdomu.”
„Littleton Lab“ tyrimų mokslininkė Yuliya Akbergenova vadovavo tyrimui, paskelbtam Žurnalas „Neuroscience“.
Kaip auga naujagimio sinapsės
Tyrimo metu tyrėjai ištyrė neuronus, kurie siunčia neurotransmiterio glutamatą per sinapses, kad kontroliuotų musių lervų raumenis. Norėdami ištirti, kaip subrendo aktyvios gyvūnų zonos, mokslininkams reikėjo sekti savo amžių. Tai anksčiau nebuvo įmanoma, tačiau Akbergenova įveikė barjerą sumaniai inžinuodamas fluorescencinio baltymo mmaple, kuris keičia savo švytėjimą nuo žalios iki raudonos, kai 15 sekundžių ultravioletinės šviesos pakičia į gliutamato receptorių komponentą priėmimo sinapsėje.
Tuomet, kai tik ji norėjo, ji galėjo sušvelninti šviesą ir visos jau suformuotos sinapsės, jau suformuotos prieš tą laiką, švytėjo raudonai ir bet kokie nauji, kurie vėliau suformavo žalią.
Turėdami galimybę sekti kiekvieną aktyvios zonos gimtadienį, autoriai tada galėtų dokumentuoti, kaip aktyvios zonos sukūrė savo sugebėjimą padidinti rezultatą per kelias dienas po gimimo. Tyrėjai iš tikrųjų stebėjo, kaip sinapsės buvo kuriamos per daugelį valandų, žymėdami kiekvieną iš aštuonių baltymų rūšių, sudarančių aktyvią zoną.
Iš pradžių aktyviosios zonos nieko negalėjo perduoti. Tuomet, kai kaupėsi kai kurie būtini ankstyvieji baltymai, jie gali spontaniškai išsiųsti gliutamatą, bet ne, jei juos sukelia jų šeimininko neurono elektrinis stimuliavimas (imituojant, kaip tas neuronas gali būti signalizuojamas natūraliai grandinėje). Tik po kelių baltymų atvykimo aktyviosios zonos turi subrendusią kalcio jonų struktūrą, kad sujungtų gliutamato pūslelių suliejimą į ląstelės membraną, kad būtų galima išsiskirti per sinapsę.
Veikla yra svarbi
Žinoma, statyba nevyksta amžinai. Tam tikru metu musių lervos nustoja statyti vieną sinapsę ir tada stato naujus toliau liniją, nes neuronų aksonas plečiasi, kad neatsiliktų nuo augančių raumenų. Tyrėjai svarstė, ar neuroninė veikla turi vaidmenį skatinant tą aktyvios zonos apdailos procesą ir juda toliau kurti.
Norėdami sužinoti, jie panaudojo dvi skirtingas intervencijas, kad užkirstų kelią aktyviosioms zonoms, kad jie galėtų išlaisvinti gliutamatą ir taip užkirsti kelią sinapsiniam aktyvumui. Pažymėtina, kad vienas iš jų pasirinktų metodų blokavo baltymo, vadinamo sinaptotagmin 1, veikimą. Tai svarbu, nes mutacijos, kurios sutrikdo baltymus žmonėms, yra susijusios su sunkia intelekto negalia ir autizmu. Be to, tyrėjai pritaikė veiklos blokavimo intervencijas tik vienam neuronui kiekvienoje lervoje, nes blokavimo aktyvumas visuose jų neuronuose būtų pasirodęs mirtinas.
Neuronuose, kuriuose tyrėjai blokavo aktyvumą, jie pastebėjo dvi pasekmes: neuronai nustojo kurti naujas aktyvias zonas ir vietoj to darė esamas aktyvias zonas didesnes ir didesnes. Atrodė, kad neuronas galėtų pasakyti, kad aktyvioji zona neišleido glutamato, ir bandė priversti jį veikti, suteikdamas daugiau baltymų medžiagos, su kuria reikia dirbti. Šios pastangos buvo susijusios su naujų aktyviųjų zonų statybos pradžios sąskaita.
„Manau, kad tai, ką ji bando padaryti, yra kompensuoti veiklos praradimą“, – teigė Littletonas.
Testavimas parodė, kad išsiplėtusios aktyviosios zonos Neuronai, kuriuos integruota tikėdamiesi paleisti iš naujo, buvo funkcionalūs (arba būtų buvę, jei tyrėjai nebūtų dirbtinai juos blokuojantys). Tai rodo, kad tai, kaip neuronas pajuto, kad gliutamatas nebuvo paleistas, greičiausiai buvo grįžtamojo ryšio signalas iš raumenų sinapsės pusės. Norėdami tai patikrinti, mokslininkai raumenyse išmušė gliutamato receptorių komponentą, o kai jie tai padarė, jie nustatė, kad neuronai nebeveikė savo aktyviųjų zonų.
Littletonas teigė, kad laboratorija jau nagrinėja naujus klausimus, kuriuos kelia atradimai. Visų pirma, kokie yra molekuliniai keliai, kurie pirmiausia inicijuoja sinapsių formavimąsi, ir kokie signalai, nurodantys aktyvią zoną, ji baigė augti? Ravę tuos atsakymus, tyrėjai priartės prie supratimo, kaip įsikišti, kai sinapsinės aktyvios zonos netinkamai vystosi.
Be Littletono ir Akbergenovo, kiti popieriaus autoriai yra Jessica Matthias ir Sofya Makeyeva.