Uuring heidab valgust sellele, kuidas uni ja ärkvelolek reguleerivad inhibeerivaid sünapse

Uuring heidab valgust sellele, kuidas uni ja ärkvelolek reguleerivad inhibeerivaid sünapse

Hiiremudelis on teadlased avastanud ajutegevust summutava sünapsi tüübis uue päevarütmi. Need närviühendused, mida tuntakse inhibeerivate sünapsidena, tasakaalustatakse uuesti, et saaksime une ajal koondada uut teavet kauakestvateks mälestusteks. Ajakirjas PLOS Biology avaldatud leiud võivad aidata selgitada, kuidas peened sünaptilised muutused parandavad inimeste mälu. Uuringut juhtisid riikliku tervishoiuinstituuti kuuluva riikliku neuroloogiliste häirete ja insuldi instituudi (NINDS) teadlased.

Inhibeerimine on oluline ajufunktsiooni kõigi aspektide jaoks. Kuid enam kui kahe aastakümne jooksul on enamik uneuuringuid keskendunud ergastavate sünapside mõistmisele. See on esimene uuring, mis püüab mõista, kuidas uni ja ärkvelolek reguleerivad inhibeerivaid sünapse.

Dr Wei Lu, NINDSi juhtivteadur

Uuringu käigus uurib dr Lu labori järeldoktor Kunwei Wu, mis juhtub hiirte inhibeerivates sünapsides une ajal ja ärkveloleku ajal. Elektrilised salvestised neuronitest hipokampuses – mälu moodustamiseks olulises ajupiirkonnas – näitasid varem märkamatut aktiivsusmustrit. Ärkveloleku ajal suurenes püsiv "tooniline" inhibeeriv aktiivsus, samas kui kiire "faasiline" inhibeerimine vähenes. Samuti leidsid nad ärkvel hiirte neuronites inhibeerivate elektriliste reaktsioonide palju tugevamat aktiivsusest sõltuvat võimendust, mis viitab sellele, et ärkvelolek, kuid mitte uni, võib neid sünapse rohkem tugevdada.

Inhibeerivad neuronid kasutavad närvisüsteemi aktiivsuse vähendamiseks neurotransmitterit gamma-aminovõihapet (GABA). Inhibeerivate sünapside korral vabastavad need neuronid GABA molekulid sünaptilisse pilusse, neuronitevahelisse ruumi, kus neurotransmitterid difundeeruvad. Molekulid seonduvad naabruses asuvate ergastavate neuronite pinnal olevate GABA A-tüüpi (GABAA) retseptoritega, muutes need vähem tõenäoliseks.

Täiendavad katsed näitasid, et sünaptilisi muutusi ärkveloleku ajal põhjustas suurenenud α5-GABAA retseptorite arv. Kui ärkvel hiirtel retseptorid blokeeriti, vähenes faasiliste elektriliste reaktsioonide aktiivsusest sõltuv tugevnemine. See viitab sellele, et GABAA retseptorite kuhjumine ärkveloleku ajal võib olla võtmeks tugevamate ja tõhusamate inhibeerivate sünapside loomisel, mis on põhiprotsess, mida nimetatakse sünaptiliseks plastilisuseks.

E-raamatu antikehad

Eelmise aasta tippintervjuude, artiklite ja uudiste koostamine. Laadige alla tasuta koopia

"Päeva jooksul uut teavet õppides pommitatakse neuroneid ergastavate signaalidega ajukoorest ja paljudest teistest ajupiirkondadest. Selle teabe mäluks muutmiseks tuleb seda esmalt reguleerida ja täpsustada – siin tulebki inhibeerimine sisse," rääkis dr Lu.

Varasemad uuringud on näidanud, et hipokampuse sünaptilisi muutusi võivad juhtida signaalid, mis pärinevad inhibeerivatest interneuronitest, mis on spetsiifiline rakutüüp, mis moodustab ainult umbes 10–20% aju neuronitest. Hippokampuses on üle 20 erineva interneuroni alatüübi, kuid hiljutised uuringud on esile toonud kahte tüüpi, tuntud kui parvalbumiin ja somatostatiin, mis on sünapsi reguleerimises kriitiliselt seotud.

Et teha kindlaks, milline interneuroon vaadeldava plastilisuse eest vastutab, kasutas dr Lu töörühm optogeneetikat – tehnikat, mis kasutab rakkude sisse- või väljalülitamiseks valgust, ning avastas, et ärkveloleku tõttu tekkis rohkem α5-GABAA retseptoreid ja tugevamaid parvalbumiini ühendeid, kuid mitte somatostatiini interneuroneid.

Inimestel ja hiirtel on sarnased närviahelad, mis on mälu ja muude oluliste kognitiivsete protsesside aluseks. See mehhanism võib olla inhibeerivate sisendite viis, mis kontrollivad täpselt neuronite vahelist ja tervete ajuvõrkude vahelist teabevoogu.

"Inhibeerimine on tegelikult üsna võimas, sest see võimaldab ajul toimida peenhäälestatud viisil, mis on sisuliselt kogu taju aluseks," ütles dr Lu.

Kuna inhibeerimine on oluline peaaegu iga ajufunktsiooni aspekti jaoks, võib see uuring aidata teadlastel mõista mitte ainult une-ärkveloleku tsükleid, vaid ka neuroloogilisi häireid, mis tulenevad ebanormaalsetest ajurütmidest, nagu epilepsia.

Edaspidi uurib dr Lu rühm GABAA retseptori transpordi inhibeerivatesse sünapsidesse molekulaarset alust.

Seda uuringut toetas osaliselt NINDS-i Intramuraalne uurimisprogramm.

Allikas:

Riiklikud tervishoiuinstituudid

Viide:

Wu, K. et al. (2022) Une- ja ärkvelolekutsüklid moduleerivad dünaamiliselt hipokampuse inhibeerivat sünaptilist plastilisust. PLOS bioloogia. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.