Nowe badania pokazują, że astrocyty, rodzaj nieneuronalnych komórek mózgowych, odgrywają znaczącą rolę w przechowywaniu i przywoływaniu informacji.
Tradycyjnie pamięć przypisywano wyłącznie neuronom, ale to badanie pokazuje, że astrocyty ściśle współpracują z grupami neuronów zwanymi engramami, aktywnie przechowując i wyzwalając wspomnienia.
Pamięć: poza neuronami
Nowe badanie przeprowadzone przez Baylor College of Medicine, opublikowane dzisiaj (6 listopada) w czasopiśmie naukowym Naturaoferuje przełomową zmianę w sposobie rozumienia pamięci. Tradycyjnie pamięć przypisywano aktywności neuronów – komórek mózgowych, które reagują na zdarzenia związane z uczeniem się i kontrolują przypominanie. Jednakże zespół Baylora wykazał, że astrocyty, nieneuronalne komórki mózgu w kształcie gwiazdy, również odgrywają zasadniczą rolę. Te astrocyty współpracują z grupami neuronów, zwanymi engramami, pomagając przechowywać i odzyskiwać wspomnienia.
„Przeważa pogląd, że tworzenie i przywoływanie wspomnień obejmuje wyłącznie engramy neuronowe, które są aktywowane przez pewne doświadczenia oraz przechowują i przywracają wspomnienia” – wyjaśnia autor korespondenta, dr Benjamin Deneen. Jest profesorem i kierownikiem katedry neurochirurgii dr Russella J. i Mariana K. Blattnerów na oddziale neurochirurgii, dyrektorem Center for Cancer Neuroscience, członkiem Comprehensive Cancer Center im. Dana L. Duncana w Baylor oraz głównym badaczem w Instytut Badań Neurologicznych Jana i Dana Duncanów.
„Nasze laboratorium ma długą historię badania astrocytów i ich interakcji z neuronami. Odkryliśmy, że komórki te ściśle ze sobą współdziałają, zarówno fizycznie, jak i funkcjonalnie, i że jest to niezbędne do prawidłowego funkcjonowania mózgu. Jednak rola astrocytów w przechowywaniu i odzyskiwaniu wspomnień nie była wcześniej badana” – powiedział Deneen.
Astrocyty wyzwalają przywołanie pamięci
Naukowcy rozpoczęli od opracowania zupełnie nowego zestawu narzędzi laboratoryjnych do identyfikacji i badania aktywności astrocytów związanych z obwodami mózgu pamięci.
Typowy eksperyment polegał po pierwsze na warunkowaniu myszy, aby odczuwały strach i „zamarły” po ekspozycji na określoną sytuację. Kiedy po pewnym czasie myszy ponownie umieszczono w tej samej sytuacji, zamarły, ponieważ pamiętały. Gdyby te same myszy umieszczono w innej sytuacji, nie zamarłyby, ponieważ nie jest to pierwotny kontekst, w którym zostały uwarunkowane odczuwanie strachu.
„Pracując z tymi myszami i naszymi nowymi narzędziami laboratoryjnymi, byliśmy w stanie wykazać, że astrocyty rzeczywiście odgrywają rolę w przywoływaniu pamięci” – powiedział współpierwszy autor, dr Wookbong Kwon, stażysta podoktorski w laboratorium Deneen.
Wpływ genu c-Fos na obwody pamięci
Naukowcy wykazali, że podczas procesów uczenia się, takich jak warunkowanie strachem, podzbiór astrocytów w mózgu wykazuje ekspresję genu c-Fos. Astrocyty wyrażające c-Fos następnie regulują funkcjonowanie obwodów w tym obszarze mózgu.
„Astrocyty wykazujące ekspresję c-Fos są fizycznie blisko neuronów engramowych” – powiedział współautor dr Michael R. Williamson, stażysta podoktorski w laboratorium Deneen. „Co więcej, odkryliśmy, że neurony engramowe i fizycznie powiązany zespół astrocytów również są funkcjonalnie połączone. Aktywacja zespołu astrocytów specyficznie stymuluje aktywność synaptyczną lub komunikację w odpowiednim engramie neuronu. Ta komunikacja astrocyt-neuron przebiega w obie strony; astrocyty i neurony są od siebie zależne.”
Wyzwalanie przywoływania pamięci poprzez aktywację astrocytów
Kiedy myszy znalazły się w sytuacji niezwiązanej ze strachem, nie zamarły. „Jednak gdy zespół astrocytów u tych myszy w niestrasznym środowisku został aktywowany, zwierzęta zamarły, co pokazało, że aktywacja astrocytów stymuluje przywoływanie pamięci” – powiedział Kwon.
Aby lepiej zrozumieć, co pośredniczy w aktywności zespołów astrocytów w przywoływaniu pamięci, naukowcy zbadali gen NFIA. „Nasze laboratorium wykazało już wcześniej, że astrocytarna NFIA może regulować obwody pamięci, ale nie było wiadomo, czy działa w zespołach astrocytów w celu zorganizowania przechowywania i przywoływania pamięci” – powiedział Williamson.
Rola NFIA w przywoływaniu pamięci specyficznej
Zespół odkrył, że astrocyty aktywowane przez zdarzenia uczenia się mają podwyższony poziom białka NFIA, a zapobieganie wytwarzaniu NFIA w tych astrocytach hamuje przywoływanie pamięci. Co ważne, to tłumienie jest specyficzne dla pamięci.
„Kiedy usunęliśmy gen NFIA w astrocytach, które były aktywne podczas uczenia się, zwierzęta nie były w stanie przywołać konkretnego wspomnienia związanego z wydarzeniem uczenia się, ale mogły przywołać inne wspomnienia” – powiedział Kwon.
„Te odkrycia świadczą o naturze roli astrocytów w pamięci” – powiedział Deneen. „Zespoły astrocytów związanych z uczeniem się są specyficzne dla tego zdarzenia edukacyjnego. Zespoły astrocytów regulujące przypominanie sobie przerażającego doświadczenia różnią się od tych zaangażowanych w przypominanie sobie innego doświadczenia edukacyjnego, inny jest także zespół neuronów.
Implikacje dla schorzeń związanych z pamięcią
Obecne badanie rzuca pełniejszy obraz zaangażowanych graczy oraz działań zachodzących w mózgu podczas tworzenia i przywoływania pamięci. Ponadto badanie zapewnia nową perspektywę w badaniu schorzeń człowieka związanych z utratą pamięci, np Alzheimera choroby, a także stany, w których wspomnienia pojawiają się wielokrotnie i są trudne do stłumienia, jak np. zespół stresu pourazowego.
Odniesienie: „Zespoły astrocytów związane z uczeniem się regulują przywoływanie pamięci” 6 listopada 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08170-w
Junsung Woo, Yeunjung Ko, Ehson Maleki, Kwanha Yu, Sanjana Murali i Debosmita Sardar również wnieśli swój wkład w tę pracę. Wszyscy są związani z Baylor College of Medicine.
Prace te były wspierane przez USA Narodowe Instytuty Zdrowia granty (R35-NS132230, R21-MH134002 i R01-AG071687), grant AHA-23POST1019413 oraz grant Koreańskiej Narodowej Fundacji Badawczej (RS-2024-00405396). Dalszego wsparcia udzieliła Fundacja Davida i Euli Wintermannów, Narodowy Instytut Zdrowia Dziecka i Rozwoju Człowieka Eunice Kennedy Shriver oraz nagroda National Institutes of Health P50HD103555.
