Jak komunikują się neurony? Naukowcy mają teraz nad nimi kontrolę

Kluczowe w komunikacji neuronów w mózgu są struktury zwane synapsami. Są to swoiste bramki między komórkami nerwowymi, które mogą mieć postać pobudzającą lub hamującą.
Naukowcy nauczyli się sterować zachowaniem neuronów
Naukowcy nauczyli się sterować zachowaniem neuronów

Synapsy chemiczne pobudzające to takie, w których błona postsynaptyczna zawsze ulega depolaryzacji, a komórka zostaje pobudzona. Neuroprzekaźnikami w takich synapsach są np. acetylocholina, noradrenalina, dopamina czy serotonina. W synapsach chemicznych hamujących błona postsynaptyczna ulega zawsze hiperpolaryzacji, co uniemożliwia wytworzenie potencjału czynnościowego i przekazanie impulsu nerwowego do komórki postsynaptycznej. Neuroprzekaźnikami w takich synapsach są kwas gamma‐aminomasłowy (GABA) oraz glicyna.

Mechanizmy odpowiedzialne za tworzenie synaps do tej pory były niejasne. Naukowcy z Uniwersytetu w Buffalo wykazali, że to białka wydzielane przez neurony decydują o tym, jaki rodzaj synapsy powstanie. Modyfikując tę substancję, można jednocześnie wpływać na sam rodzaj synaps. Szczegóły opisano w Nature Communications.

Jak wpływać na zachowanie synaps?

Uczonym udało się zmusić neurony pobudzające, które są związane z synapsami pobudzającymi, do uwolnienia neuroprzekaźników zwykle produkowanych przez neurony hamujące. To sprawiło, że powstała synapsa hamująca.

Było to możliwe dzięki zmianie poziomu trzech białek: dwóch, które pomagają w wytwarzaniu neuroprzekaźnika GABA oraz jednego, które pomaga załadować GABA do tzw. pęcherzyków synaptycznych, które są transportowane między neuronami. Taka precyzyjna manipulacja może pomóc w leczeniu niektórych chorób mózgu, zwłaszcza tych związanych z niewłaściwym przetwarzaniem informacji między synapsami.

Soham Chanda, adiunkt biochemii i biologii molekularnej na Colorado State University, który kierował badaniem, mówi:

Wiemy bardzo niewiele o tym, jak funkcjonuje ludzki mózg, a w jego centrum musimy zrozumieć, jak neurony komunikują się ze sobą. Zrozumienie podstawowych mechanizmów tworzenia i utrzymywania synaps ma ogromne implikacje w zrozumieniu zaburzeń mózgu.

Neurony wysyłają wiadomości w całym układzie nerwowym za pomocą sygnałów elektrycznych zwanych potencjałami czynnościowymi. Kiedy wejście synaptyczne sprawia, że neuron jest bardziej skłonny do uruchomienia potencjału czynnościowego, nazywamy to pobudzeniem, a kiedy wejście synaptyczne sprawia, że neuron jest mniej skłonny do uruchomienia potencjału czynnościowego, jest to hamowanie. Istnieją również synapsy modulujące, które mają bardziej skomplikowane działanie. Niesamowite jest to, że wystarczy zaledwie kilka drobnych korekt w ekspresji konkretnych białek, aby zmienić zachowanie synaps.

Prof. Xu-Friedman z College of Arts and Sciences dodaje:

Soham odkrył sposób na przekształcenie synaps pobudzających w hamujące, przynajmniej częściowo, co jest dość zaskakujące, ponieważ bycie pobudzającym lub hamującym jest tak kluczowe dla tożsamości synapsy. Odkrył, że poprzez nadekspresję tych trzech różnych białek w neuronie pobudzającym, może zmienić jego synapsy w hamujące. Niezwykłe jest to, że wystarczyło to, aby te neurony pobudzające wygenerowały całą tę inną maszynerię do tworzenia synaps hamujących.

Odkrycie naukowców z Uniwersytetu w Buffalo może mieć ogromne implikacje kliniczne, ale konieczne jest kontynuowanie badań.