Одно из самых захватывающих свойств мозга млекопитающих – своя возможность измениться в течение жизни. События, ли, учась для теста или испытывая травмирующую ситуацию, изменяют наши мозги, изменяя деятельность и организацию определенной нервной схемы, таким образом изменяя последующие чувства, мысли и поведение. Эти изменения происходят в и среди синапсов, коммуникационных соединений между нейронами. Это управляемое опытом изменение мозговой структуры и функции называют синаптической пластичностью, и это считают клеточным основанием для изучения и памяти.
Многие исследовательские группы по всему миру посвящены продвижению нашего понимания основных принципов формирования памяти и изучения. Это понимание зависит от идентификации молекул, вовлеченных в изучение и память и роли, которые они играют в процессе. Сотни молекул, кажется, вовлечены в регулирование синаптической пластичности и понимание, что взаимодействия среди этих молекул крайне важны, чтобы полностью понять, как память работает.Есть несколько основных механизмов, которые сотрудничают, чтобы достигнуть синаптической пластичности, включая изменения в сумме химических сигналов, выпущенных в синапс и изменения в том, насколько чувствительный ответ клетки к тем сигналам.
В частности, белок BDNF, его рецептор, TrkB и белки GTPase вовлечены в некоторые формы синаптической пластичности, однако, очень мало известно относительно того, когда и где они активированы в процессе.При помощи сложных методов отображения, чтобы контролировать пространственно-временные образцы активации этих молекул в единственных древовидных позвоночниках, исследовательской группе во главе с доктором Риохеи Ясудой в Максе Планке Флоридский Институт Нейробиологии и доктора Джеймса Макнамары в Медицинском центре Университета Дюка раскрыл критические детали взаимодействия этих молекул во время синаптической пластичности. Эти увлекательные результаты были изданы онлайн перед печатью в сентябре 2016 как две независимых публикации по своей природе.Удивление сигнальная система в позвоночнике
В одной из публикаций (Harward и Hedrick и др.), авторы определили аутокринную сигнальную систему – система, где молекулы действуют на те же самые клетки, которые производят их – в единственных древовидных позвоночниках. Эта аутокринная сигнальная система достигнута быстрым выпуском белка, BDNF, от стимулируемого позвоночника и последующей активации его рецептора, TrkB, на том же самом позвоночнике, который далее активирует передачу сигналов в позвоночнике. Это в свою очередь приводит к увеличению позвоночника, процессу, важному для синаптической пластичности.
Другими словами, передача сигналов начатом в позвоночнике выходит за пределы позвоночника и активирует рецептор на внешней поверхности позвоночника, таким образом вызывая дополнительные сигналы в позвоночнике. Это открытие аутокринного сигнального процесса в древовидных позвоночниках удивило ученых.Каковы последствия аутокринной передачи сигналов в позвоночнике?
Вторая публикация (Hedrick и Harward и др.) отчеты, что аутокринная передача сигналов приводит к активации дополнительного набора сигнальных молекул, названных маленькими белками GTPase. Результаты показывают модель с тремя молекулами структурной пластичности, которая вовлекает локализованную, совпадающую активацию трех белков GTPase Rac1, Cdc42 и RhoA, как причинная особенность структурной пластичности.
Известно, что эти белки регулируют форму древовидных позвоночников, однако, как они сотрудничают, чтобы управлять структурой позвоночника, остался неясным. Исследователи контролировали пространственно-временные образцы активации этих молекул в единственных древовидных позвоночниках во время синаптической пластичности и нашли, что все три белка активированы одновременно, но их образцы активации значительно отличались. Одно из различий – то, что RhoA и Rac1, когда активировано, распространенный вне стимулируемого позвоночника к окружающему дендриту, который облегчает пластичность окружающих позвоночников.
Другое различие – то, что деятельность Cdc42 была ограничена стимулируемым позвоночником, что, кажется, необходимо, чтобы произвести определенную для позвоночника пластичность. Кроме того, аутокринная передача сигналов BDNF требуется для активации Cdc42 и Rac1, но не для RhoA.Беспрецедентное понимание регулирования синаптической пластичностиЭти два исследования обеспечивают беспрецедентное понимание регулирования синаптической пластичности.
Одно исследование показало впервые аутокринную сигнальную систему, и второе исследование представило уникальную форму биохимического вычисления в дендритах, включающих образование дополнения, которым управляют, трех молекул. По словам доктора Ясуды, понимая молекулярные механизмы, которые ответственны за регулирование синаптической силы, очень важно для понимания, как нервные схемы функционируют, как они формируются, и как они сформированы опытом. Доктор Макнамара отметил, что беспорядок этих сигнальных систем, вероятно, лежит в основе дисфункции синапсов, которые вызывают эпилепсию и разнообразие других заболеваний мозга. Поскольку сотни разновидностей белков вовлечены в трансдукцию сигнала, которая регулирует синаптическую пластичность, важно исследовать динамику большего количества белков, чтобы лучше понять сигнальные механизмы в древовидных позвоночниках.
Будущее исследование в Yasuda and McNamara Labs, как ожидают, приведет к значительным шагам вперед в понимании внутриклеточной передачи сигналов в нейронах и обеспечит ключевое понимание механизмов, лежащих в основе синаптической пластичности и формирования памяти и болезней мозга. Это понимание, надо надеяться, приведет к развитию наркотиков, которые могли увеличить память и предотвратить или эффективнее лечить эпилепсию и другие заболевания мозга.
Исследование было поддержано Национальными Институтами Здоровья (F31NS078847, R01NS068410, DP1NS096787, R01NS05621, R01MH080047, R01DA08259, R01HL098351, P01HL096571 и RO1NS030687) Товарищество Уокемена и Человеческая Пограничная Научная Программа.