Naukowcy odkryli, że określony kompleks białkowy znacząco wpływa na łączność mózgu i zachowania poznawcze.
Badania na myszach wykazały, że zakłócenia w tym kompleksie wpływają na organizm synapsa i prowadzić do zmian w zachowaniu, takich jak zwiększony lęk i zaburzenia interakcji społecznych, wskazując na nowe możliwości leczenia schorzeń psychicznych.
Rola kompleksu białek w łączności mózgu
Naukowcy z Université de Montréal i Instytutu Badań Klinicznych w Montrealu (IRCM) odkryli ważne funkcje kompleksu białkowego w kształtowaniu struktury i funkcji połączeń komórek mózgowych oraz wpływaniu na pewne zachowania poznawcze.
Badanie, prowadzone pod kierunkiem Hideto Takahashiego, dyrektora jednostki badawczej ds. rozwoju i plastyczności synaps w IRCM, we współpracy z zespołami z York University pod kierownictwem Stevena Connora i Tokushima University pod kierownictwem Masanori Tachikawy, zostało opublikowane w czasopiśmie Dziennik EMBO.
Badanie organizacji synaps i zachowań poznawczych
Badanie dotyczy tego, w jaki sposób zakłócenia w organizacji synaps – połączeń między komórkami mózgowymi – są powiązane z różnymi zaburzeniami neuropsychiatrycznymi, co pozostaje w dużej mierze niewyjaśnione. Odkrycia zespołu dostarczają obiecujących wskazówek do opracowania nowych podejść terapeutycznych.
Przy tych badaniach należy pamiętać o dwóch celach, powiedział Takahashi, profesor nadzwyczajny medycyny w dziedzinie biologii molekularnej i neurologii na UdeM.
„Jednym z nich jest odkrycie nowych mechanizmów molekularnych komunikacji komórek mózgowych” – powiedział. „Drugim jest opracowanie nowego, unikalnego zwierzęcego modelu zaburzeń lękowych wykazujących zachowania przypominające zaburzenia paniki i agorafobię, co pomoże nam opracować nowe strategie terapeutyczne”.
Zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw zaburzeń poznawczych
Choroby psychiczne, takie jak zaburzenia lękowe, autyzm i schizofrenia, należą do wiodących zaburzeń zdrowotnych w Kanadzie i na świecie. Pomimo ich rozpowszechnienia, opracowywanie leków i leczenie wielu z tych chorób okazało się dużym wyzwaniem ze względu na złożoność mózgu. Naukowcy starali się zatem zrozumieć podstawowe mechanizmy prowadzące do zaburzeń poznawczych, aby udoskonalić strategie terapeutyczne.
Połączenia między dwoma komórkami mózgowymi (neuronami) nazywane są synapsami i są niezbędne do przekazywania sygnałów neuronowych i funkcjonowania mózgu. Defekty w synapsach pobudzających, które aktywują przekazywanie sygnału do docelowych neuronów, oraz w cząsteczkach synaptycznych predysponują do wielu chorób psychicznych.
Badanie wpływu kompleksu białkowego TrkC-PTPσ
Zespół Takahashiego odkrył już wcześniej nowy kompleks białkowy w obrębie złącza synaptycznego, zwany TrkC-PTPσ, który występuje tylko w synapsach pobudzających. Geny kodujące TrkC (NTRK3) i PTPσ (PTPRS) są powiązane odpowiednio z zaburzeniami lękowymi i autyzmem. Nieznane są jednak mechanizmy, dzięki którym kompleks ten reguluje rozwój synaps i wpływa na funkcje poznawcze.
Prace przeprowadzone w ramach nowego badania przez pierwszego autora Husama Khaleda, doktoranta w laboratorium Takahashiego, wykazały, że kompleks TrkC-PTPσ reguluje strukturalne i funkcjonalne dojrzewanie synaps pobudzających poprzez regulację fosforylacji, biochemicznej modyfikacji białek wielu synaps białek, natomiast rozerwanie tego kompleksu powoduje u myszy specyficzne defekty behawioralne.
Rola neuronów i synaps w funkcjonowaniu mózgu
Neurony to elementy składowe mózgu i układu nerwowego odpowiedzialne za wysyłanie i odbieranie sygnałów kontrolujących funkcje mózgu i organizmu. Sąsiadujące neurony komunikują się za pośrednictwem synaps, które działają jak mosty umożliwiające przepływ sygnałów między nimi.
Proces ten jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania mózgu, takiego jak uczenie się, pamięć i funkcje poznawcze. Wady synaps lub ich elementów mogą zakłócać komunikację między neuronami i prowadzić do różnych zaburzeń mózgu.
Konsekwencje mutacji genetycznych na zachowanie mózgu
Generując myszy ze specyficznymi mutacjami genetycznymi, które zakłócają kompleks TrkC-PTPσ, zespół Takahashiego odkrył unikalne funkcje tego kompleksu. Wykazali, że kompleks ten reguluje fosforylację wielu białek zaangażowanych w strukturę i organizację synaps.
Obrazowanie mózgów zmutowanych myszy w wysokiej rozdzielczości ujawniło nieprawidłową organizację synaps, a dalsze badania ich właściwości sygnalizacyjnych wykazały wzrost liczby nieaktywnych synaps z defektami w przekazywaniu sygnału. Obserwując zachowanie zmutowanych myszy, naukowcy zaobserwowali, że wykazywały one podwyższony poziom lęku, zwłaszcza zwiększone unikanie w nieznanych warunkach i zaburzone zachowania społeczne.
Odniesienie: „Kompleks TrkC-PTPσ reguluje dojrzewanie synaps i unikanie lęków poprzez fosforylację białek synaptycznych” Husam Khaled, Zahra Ghasemi, Mai Inagaki, Kyle Patel, Yusuke Naito, Benjamin Feller, Nayoung Yi, Farin B Bourojeni, Alfred Kihoon Lee, Nicolas Chofflet, Artur Kania, Hidetaka Kosako, Masanori Tachikawa, Steven Connor i Hideto Takahashi, 27 września 2024 r., Dziennik EMBO.
DOI: 10.1038/s44318-024-00252-9
Finansowanie zapewniła Kanadyjska Rada ds. Nauk Przyrodniczych i Inżynierii, granty Kanadyjskiego Instytutu Badań nad Zdrowiem, naukowcy z Fonds de la recherche du Québec (FRQS) oraz Stany Zjednoczone Narodowe Instytuty Zdrowia. Husam Khaled był stypendystą stypendium doktoranckiego FRQS i stypendium doktoranckiego IRCM Emmanuel-Triassi za to badanie.
