Studija baca svjetlo na to kako spavanje i budnost reguliraju inhibitorne sinapse

Studija baca svjetlo na to kako spavanje i budnost reguliraju inhibitorne sinapse

U modelu miša, istraživači su otkrili novi dnevni ritam u vrsti sinapse koja prigušuje aktivnost mozga. Ove neuronske veze, poznate kao inhibicijske sinapse, rebalansiraju se tako da možemo konsolidirati nove informacije u dugotrajna sjećanja tijekom sna. Nalazi, objavljeni u PLOS Biology, mogli bi pomoći objasniti kako suptilne sinaptičke promjene poboljšavaju pamćenje kod ljudi. Studiju su vodili istraživači s Nacionalnog instituta za neurološke poremećaje i moždani udar (NINDS), dijela Nacionalnog instituta za zdravlje.

Inhibicija je važna za svaki aspekt rada mozga. Ali više od dva desetljeća većina studija o spavanju usredotočena je na razumijevanje ekscitacijskih sinapsi. Ovo je prva studija koja pokušava razumjeti kako spavanje i budnost reguliraju inhibitorne sinapse.”

Dr. Wei Lu, glavni istraživač u NINDS-u

U studiji, dr. Kunwei Wu, postdoktorand u laboratoriju dr. Lua istražuje što se događa u inhibitornim sinapsama tijekom spavanja i budnosti kod miševa. Električne snimke iz neurona u hipokampusu – regiji mozga važnoj za formiranje pamćenja – otkrile su prethodno nezamijećen obrazac aktivnosti. Tijekom budnosti, stabilna "tonička" inhibicijska aktivnost se povećala dok se brza "fazična" inhibicija smanjila. Također su otkrili puno jače pojačanje inhibicijskih električnih odgovora ovisno o aktivnosti u neuronima budnih miševa, što sugerira da bi budnost, ali ne i spavanje, mogla više ojačati te sinapse.

Inhibicijski neuroni koriste neurotransmiter gama-aminomaslačnu kiselinu (GABA) za smanjenje aktivnosti u živčanom sustavu. U inhibicijskim sinapsama ti neuroni otpuštaju GABA molekule u sinaptičku pukotinu, prostor između neurona gdje neurotransmiteri difundiraju. Molekule se vežu za receptore GABA tipa A (GABAA) na površini susjednih ekscitatornih neurona, zbog čega je manje vjerojatno da će se aktivirati.

Daljnji eksperimenti su pokazali da su sinaptičke promjene tijekom budnosti potaknute povećanim brojem α5-GABAA receptora. Kad su receptori bili blokirani u budnih miševa, pojačanje fazičnih električnih odgovora ovisno o aktivnosti se smanjilo. Ovo sugerira da nakupljanje GABAA receptora tijekom budnosti može biti ključno za izgradnju jačih, učinkovitijih inhibitornih sinapsi, temeljnog procesa poznatog kao sinaptička plastičnost.

E-knjiga Antitijela

Kompilacija najboljih intervjua, članaka i vijesti iz prošle godine. Preuzmite besplatnu kopiju

"Dok učite nove informacije tijekom dana, neuroni su bombardirani ekscitacijskim signalima iz korteksa i mnogih drugih područja mozga. Da biste te informacije pretvorili u sjećanje, prvo ih morate regulirati i pročistiti - tu dolazi do inhibicije", rekao je dr. Lu.

Prethodne studije su pokazale da sinaptičke promjene u hipokampusu mogu biti potaknute signalima koji potječu od inhibicijskih interneurona, specijalizirane vrste stanica koja čini samo oko 10-20% neurona u mozgu. Postoji više od 20 različitih podtipova interneurona u hipokampusu, ali nedavne studije istaknule su dvije vrste, poznate kao parvalbumin i somatostatin, koji su kritično uključeni u regulaciju sinapsi.

Kako bi identificirali koji je interneuron odgovoran za uočenu plastičnost, tim dr. Lua upotrijebio je optogenetiku, tehniku ​​koja koristi svjetlo za uključivanje ili isključivanje stanica, i otkrio da je budnost dovela do više α5-GABAA receptora i jačih spojeva interneurona parvalbumina, ali ne i somatostatina.

Ljudi i miševi dijele slične neuronske sklopove koji su u osnovi pohranjivanja pamćenja i drugih bitnih kognitivnih procesa. Ovaj mehanizam bi mogao biti način da inhibicijski inputi precizno kontroliraju oseku i protok informacija između neurona i kroz cijele moždane mreže.

"Inhibicija je zapravo vrlo moćna jer omogućuje mozgu da radi na fino podešen način, što je u biti temelj svake percepcije", rekao je dr. Lu.

Budući da je inhibicija ključna za gotovo svaki aspekt funkcije mozga, ova bi studija mogla pomoći znanstvenicima da razumiju ne samo cikluse spavanja i budnosti, već i neurološke poremećaje koji proizlaze iz abnormalnih moždanih ritmova, poput epilepsije.

Za budućnost, grupa dr. Lua će istražiti molekularnu osnovu transporta GABAA receptora do inhibitornih sinapsi.

Ovo istraživanje djelomično je podržao Intramural Research Program pri NINDS-u.

Izvor:

Nacionalni instituti za zdravlje

Referenca:

Wu, K. i sur. (2022) Ciklusi spavanja i budnosti dinamički moduliraju inhibitornu sinaptičku plastičnost hipokampusa. PLOS biologija. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.