Εγκέφαλος έρευνα: Πώς μπορεί να τροφοδοτήσει έντονη νευρική επικοινωνία [vid]

Εγκέφαλος έρευνα: Οι επιστήμονες του NIH ανακάλυψαν ότι οι έντονες νευρικές συνομιλίες που πιστεύεται ότι αποτελούν τη βάση της μάθησης και της μνήμης μπορεί να τροφοδοτούνται από έναν βρόγχο ανατροφοδότησης που ανιχνεύει ενέργεια. Εδώ οι  ερευνητές παρακολούθησαν τα επίπεδα ενέργειας με τη μορφή ATP, καθώς οι νευρώνες μιλούσαν μεταξύ τους.

Οι σκέψεις, τα συναισθήματα και οι κινήσεις μας ελέγχονται από δισεκατομμύρια νευρώνες που μιλούν μεταξύ τους σε τρισεκατομμύρια εξειδικευμένα σημεία επικοινωνίας που ονομάζονται συνάψεις. Σε μια εις βάθος μελέτη των νευρώνων που αναπτύχθηκαν εργαστηριακά, οι ερευνητές των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας ανακάλυψαν πώς οι συνομιλητές βρίσκουν την ενέργεια για να υποστηρίξουν έντονες συνομιλίες που πιστεύεται ότι στηρίζουν τη μάθηση και τη μνήμη.

Τα αποτελέσματά τους, δημοσιεύθηκαν στο Nature Metabolism, προτείνουν ότι μια σειρά χημικών αντιδράσεων ελέγχει έναν βρόγχο ανατροφοδότησης που ανιχνεύει την ανάγκη για περισσότερη ενέργεια και την αναπληρώνει με την πρόσληψη κυτταρικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, που ονομάζονται μιτοχόνδρια, στις συνάψεις. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν από ερευνητές σε εργαστήριο με επικεφαλής τον Zu-Hang Sheng, Ph.D., στο Εθνικό Ινστιτούτο Νευρολογικών Διαταραχών και Εγκεφαλικού (NINDS) του NIH.

Η ομάδα μελέτησε συνάψεις που χρησιμοποιούν το νευροδιαβιβαστή γλουταμινικό για επικοινωνία. Η επικοινωνία συμβαίνει όταν ένα πακέτο γλουταμινικού απελευθερώνεται από προσυναπτικά μπουτόν, τα οποία είναι μικροσκοπικές προεξοχές που προεξέχουν, όπως χάντρες σε μια σειρά, από μακρά, νευρώδη μέρη νευρώνων που ονομάζονται άξονες.

Προηγουμένως, η ομάδα του Δρ Sheng έδειξε ότι η συναπτική επικοινωνία είναι μια διαδικασία που απαιτεί ενέργεια και ότι τα μιτοχόνδρια που ταξιδεύουν κατά μήκος αξόνων μπορούν να ελέγχουν σήματα που αποστέλλονται από μπουτόν. Μπουτόν που είχαν μιτοχόνδρια έστειλαν ισχυρότερα και πιο συνεπή σήματα από αυτά που έλειπαν ηλεκτροπαραγωγά. Η διαφορά οφείλεται σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας που παράγονται από τα μιτοχόνδρια με τη μορφή ATP.

Σε αυτή τη μελέτη, με επικεφαλής τον Sunan Li, Ph.D., μεταδιδακτορικό συνεργάτη στο NINDS, η ομάδα διερεύνησε τι συμβαίνει όταν τα μπουτόν υφίστανται έντονη επικοινωνία που πιστεύεται ότι στηρίζει τη μάθηση και τη μνήμη. Διαπίστωσαν ότι αυτός ο τύπος σηματοδότησης έπεσε γρήγορα τα επίπεδα ενέργειας στα μπουτόν. Αυτές οι αλλαγές πυροδότησαν μια σειρά χημικών αντιδράσεων που ελέγχονται από έναν αισθητήρα ενέργειας που ονομάζεται ενεργοποιημένες με AMP πρωτεϊνικές κινάσες (AMPK) που οδήγησαν τελικά στην ταχεία στρατολόγηση μιτοχονδρίων στα μπουτόν.

Γενετικός αποκλεισμός ή χημική παρεμβολή σε αυτόν τον βρόχο ανατροφοδότησης εμπόδισε την παράδοση των μιτοχονδρίων σε μπουτόν και μείωσε τα επίπεδα ενέργειας. Αυτό, με τη σειρά του, μείωσε τις συναπτικές αποκρίσεις κατά τη διάρκεια έντονης επικοινωνίας περισσότερο από ό, τι φαίνεται στα κελιά ελέγχου και επιβράδυνε την ανάκτηση των αποκρίσεων μετά το τέλος των εκρήξεων.

Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτός ο βρόχος ανατροφοδότησης μπορεί κανονικά να διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στην παροχή της ενέργειας που απαιτείται για τη διατήρηση της συναπτικής επικοινωνίας σε ένα υγιές νευρικό σύστημα. Για παράδειγμα, αναφέρουν μελέτες που υπονοούν ότι προβλήματα με αυτό το σύστημα μπορεί να προκύψουν σε ορισμένες περιπτώσεις της νόσου του Αλτσχάιμερ και άλλων νευρολογικών διαταραχών.