Študija razkriva, kako spanje in budnost uravnavata zaviralne sinapse

Študija razkriva, kako spanje in budnost uravnavata zaviralne sinapse

V modelu miši so raziskovalci odkrili nov dnevni ritem v vrsti sinapse, ki duši možgansko aktivnost. Te nevronske povezave, znane kot zaviralne sinapse, so ponovno uravnovešene, tako da lahko nove informacije med spanjem utrdimo v dolgotrajne spomine. Ugotovitve, objavljene v PLOS Biology, bi lahko pomagale razložiti, kako subtilne sinaptične spremembe izboljšajo spomin pri ljudeh. Študijo so vodili raziskovalci na Nacionalnem inštitutu za nevrološke motnje in možgansko kap (NINDS), ki je del Nacionalnega inštituta za zdravje.

Inhibicija je pomembna za vsak vidik delovanja možganov. Toda več kot dve desetletji se večina študij spanja osredotoča na razumevanje ekscitatornih sinaps. To je prva študija, ki poskuša razumeti, kako spanje in budnost uravnavata zaviralne sinapse.”

Wei Lu, glavni raziskovalec pri NINDS

V študiji dr. Kunwei Wu, podoktorski raziskovalec v laboratoriju dr. Luja, raziskuje, kaj se dogaja v inhibitornih sinapsah med spanjem in budnostjo pri miših. Električni posnetki nevronov v hipokampusu – možganski regiji, pomembni za oblikovanje spomina – so razkrili prej neopažen vzorec aktivnosti. Med budnostjo se je enakomerna "tonična" inhibitorna aktivnost povečala, medtem ko se je hitra "fazna" inhibicija zmanjšala. Ugotovili so tudi veliko močnejšo, od aktivnosti odvisno izboljšanje zaviralnih električnih odzivov v nevronih budnih miši, kar kaže na to, da bi lahko budnost, ne pa spanje, bolj okrepila te sinapse.

Inhibitorni nevroni uporabljajo nevrotransmiter gama-aminomasleno kislino (GABA) za zmanjšanje aktivnosti v živčnem sistemu. Pri inhibitornih sinapsah ti nevroni sproščajo molekule GABA v sinaptično špranjo, prostor med nevroni, kjer nevrotransmiterji difundirajo. Molekule se vežejo na receptorje GABA tipa A (GABAA) na površini sosednjih ekscitatornih nevronov, zaradi česar je manj verjetno, da se bodo sprožili.

Nadaljnji poskusi so pokazali, da sinaptične spremembe med budnostjo poganja povečano število receptorjev α5-GABAA. Ko so bili receptorji blokirani pri budnih miših, se je od aktivnosti odvisno izboljšanje faznih električnih odzivov zmanjšalo. To nakazuje, da je kopičenje receptorjev GABAA med budnostjo lahko ključno za izgradnjo močnejših, učinkovitejših zaviralnih sinaps, temeljnega procesa, znanega kot sinaptična plastičnost.

E-knjiga Protitelesa

Zbirka najboljših intervjujev, člankov in novic zadnjega leta. Prenesite brezplačno kopijo

"Ko se čez dan naučite novih informacij, so nevroni bombardirani z ekscitatornimi signali iz skorje in številnih drugih predelov možganov. Če želite te informacije pretvoriti v spomin, jih morate najprej regulirati in izboljšati - tu nastopi zaviranje," je dejal dr. Lu.

Prejšnje študije so pokazale, da lahko sinaptične spremembe v hipokampusu poganjajo signali, ki izvirajo iz zaviralnih internevronov, specializirane celične vrste, ki predstavlja le približno 10-20 % nevronov v možganih. V hipokampusu je več kot 20 različnih podtipov internevronov, vendar so nedavne študije izpostavile dve vrsti, znani kot parvalbumin in somatostatin, ki sta kritično vključena v regulacijo sinapse.

Da bi ugotovili, kateri internevron je odgovoren za opaženo plastičnost, je ekipa dr. Luja uporabila optogenetiko, tehniko, ki uporablja svetlobo za vklop ali izklop celic, in ugotovila, da budnost vodi do več receptorjev α5-GABAA in močnejših spojin internevronov parvalbumina, ne pa tudi somatostatina.

Ljudje in miši si delimo podobna nevronska vezja, ki so podlaga za shranjevanje spomina in druge bistvene kognitivne procese. Ta mehanizem bi lahko bil način za zaviralne vnose za natančen nadzor oseke in pretoka informacij med nevroni in po celotnih možganskih omrežjih.

"Inhibicija je pravzaprav precej močna, ker omogoča možganom, da delujejo na natančno nastavljen način, kar je v bistvu osnova vsega zaznavanja," je dejal dr. Lu.

Ker je inhibicija bistvena za skoraj vse vidike delovanja možganov, bi lahko ta študija znanstvenikom pomagala razumeti ne le cikle spanja in budnosti, ampak tudi nevrološke motnje, ki izhajajo iz nenormalnih možganskih ritmov, kot je epilepsija.

V prihodnosti bo skupina dr. Luja raziskala molekularne osnove transporta receptorjev GABAA do zaviralnih sinaps.

To študijo je delno podprl Intramural Research Program pri NINDS.

Vir:

Nacionalni inštituti za zdravje

Referenca:

Wu, K., et al. (2022) Cikli spanja in budnosti dinamično modulirajo zaviralno sinaptično plastičnost hipokampusa. PLOS biologija. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.