Do naszych mózgów nieustannie docierają bodźce. Jest ich niezliczona ilość. Jak to się dzieje, że kierujemy uwagę na te ważne, a ignorujemy pozostałe? Klucz do tego leży w plastyczności kory mózgowej. Niektóre synapsy – połączenia między neuronami – wzmacniają docierające do nich elektryczne sygnały, inne je osłabiają. Wszystko to dzieje się w milisekundach, czyli tysięcznych częściach sekund.
Nowe badania przeprowadzone w Harvard Medical School oraz Broad Institute, który jest częścią MIT (Massachusetts Institute of Technology) pokazują, że ta delikatna równowaga pomiędzy hamowaniem a pobudzaniem jest utrzymywana przynajmniej w części przez komórki mikrogleju.
Mikroglej długo uważano za nieistotny w przesyłaniu sygnałów. Wiadomo było, że pełni rolę strażnika, wykrywającego intruzów i chroniącego mózg przed infekcjami. Uprząta też to, co niepożądane – niepotrzebne połączenia między neuronami oraz pozostałości po niepotrzebnych komórkach. Znano jego rolę w naprawie uszkodzonych neuronów.
Komórki mikroglejowe usuwają niepotrzebne połączenia
W najnowszym wydaniu “Cell” badacze donoszą, że mikroglej pełni w mózgu jeszcze jedną funkcję. Komórki mikroglejowe są przystosowane także do interakcji z synapsami – tymi hamującymi przesyłanie elektrycznych impulsów między neuronami. Ma to wpływ na kształtowanie się sieci połączeń neuronowych, zwłaszcza w rozwijającym się mózgu.
– Odkryliśmy, że podczas rozwoju mózgu wyspecjalizowane komórki odpornościowe, czyli mikroglej, oraz neurony wchodzą w interakcje istotne dla powstania zrównoważonej sieci połączeń neuronalnych w mózgu – mówi główna autorka pracy Emilia Favuzzi.
– Nasze obserwacje sugerują, że komórki mikrogleju biorą udział w złożonej interakcji z konkretnym rodzajem synaps, na których koncentrują swoje działanie, i że kształtują układ nerwowy synapsa po synapsie – mówi prof. Gordon Fisher, neurobiolog z Harvard Medical School. – Po raz pierwszy wykazaliśmy, że pewien rodzaj komórek mikroglejowych jest angażowany przez pewien rodzaj synaps i wchodzą ze sobą w bardzo specyficzne relacje – dodaje.
Komórki mikroglejowe „kasują” niepotrzebne synapsy
Odkrycie było możliwe dzięki zaawansowanym technikom obrazowania, które pozwoliły badaczom na obserwacje, jak komórki mózgu myszy współpracują ze sobą.
Eksperymenty wykazały, że kontakt komórek mikroglejowych z synapsami zachodzi poprzez receptory GABA obecne na powierzchni jednych i drugich. GABA, czyli kwas gamma-aminomasłowy, to główny związek chemiczny, który odpowiada za osłabianie sygnałów nerwowych pomiędzy neuronami. Działa na synapsy jak hamulec.
Badacze odkryli, że jest też sygnałem przywołującym pewien typ komórek mikrogleju. Gdy dotrą na miejsce, chętnie konsumują całą synapsę tak, jak robią to z intruzami lub komórkowymi resztkami. Kasują połączenie, które jest zbędne.
Odkrycie pozwoli szukać nowych metod leczenia autyzmu, ADHD i schizofrenii
Odkrycie, twierdzą jego autorzy, może stanowić ważny punkt wyjścia dla nowych metod leczenia schorzeń, w których sieć połączeń neuronowych szwankuje. Równowaga między neuronami pobudzającymi a hamującymi jest na przykład zachwiana w zaburzeniach spektrum autyzmu, ADHD i schizofrenii.
We wszystkich tych zaburzeniach obserwuje się nadmierną lub zbyt słabą aktywność niektórych obszarów mózgu. Odpowiednie „przycięcie” połączeń przez komórki mikrogleju pozwoliłoby równowagę przywrócić. Byłaby to metoda wykorzystująca naturalny mechanizm, używany przez układ nerwowy w trakcie rozwoju.
– W niezbyt odległej przyszłości będziemy mogli poszukać sposobów, żeby tę równowagę między neuronami hamującymi a pobudzającymi zmieniać dzięki wyspecjalizowanym komórkom mikroglejowym, które usuną konkretne synapsy – mówi prof. Favuzzi.
Na to jednak trzeba będzie jeszcze poczekać.
Jak badacze wpadli na to, co robią komórki mikrogleju
Już od pewnego czasu podejrzewano, że komórki mikroglejowe mogą pełnić jakąś rolę w kształtowaniu połączeń neuronowych. To, że usuwają synapsy, zaobserwowano już w latach 60. ubiegłego wieku. Uważano to jednak za skutek ich „działań naprawczych”, mniej istotny dla funkcjonowania mózgu.
Badacze z Harvardu i MIT wykazali najpierw, że usunięcie wszystkich komórek mikroglejowych zaburza sieć połączeń w mózgu myszy. Potem zaobserwowali, że część komórek mikroglejowych posiada receptory GABA i wchodzą one w reakcje z synapsami hamującymi, które GABA wydzielają. Gdy usunęli receptory GABA z powierzchni komórek mikrogleju, zahamowało to ich “apetyt” na synapsy. Nie miało jednak wpływu na synapsy wzmacniające sygnały.
Potem naukowcy zaobserwowali, że myszy bez receptorów GABA na powierzchni komórek mikroglejowych mają nadmiar synaps hamujących sygnały, ale nie wzmacniających je. Następnie za pomocą nowej techniki obrazowania wykazali, że istnieją rożne rodzaje komórek mikroglejowych i jak wchodzą w reakcje z synapsami.
Na sam koniec udowodnili, że usunięcie receptorów GABA z komórek mikroglejowych sprawia, iż myszy mają wyraźnie nadmierną aktywność neuronów, co przejawia się w ich zachowaniu. Potwierdziły to także badania typów i liczby synaps w ich mózgach.
Źródło:Cell