Onderzoekers hebben een nieuw mechanisme van neuroplasticiteit geïdentificeerd dat verband houdt met leren en geheugen
Laatst beoordeeld: 14.06.2024
Alle iLive-inhoud wordt medisch beoordeeld of gecontroleerd op feiten om zo veel mogelijk feitelijke nauwkeurigheid te waarborgen.
We hebben strikte richtlijnen voor sourcing en koppelen alleen aan gerenommeerde mediasites, academische onderzoeksinstellingen en, waar mogelijk, medisch getoetste onderzoeken. Merk op dat de nummers tussen haakjes ([1], [2], etc.) klikbare links naar deze studies zijn.
Als u van mening bent dat onze inhoud onjuist, verouderd of anderszins twijfelachtig is, selecteert u deze en drukt u op Ctrl + Enter.
Neuronen zijn belangrijk, maar ze zijn niet de enige spelers in het proces. Het zijn inderdaad ‘kraakbeen’, clusters van extracellulaire matrixmoleculen genaamd chondroïtinesulfaten, gelegen aan de buitenkant van zenuwcellen, die een sleutelrol spelen in het vermogen van de hersenen om informatie te verwerven en op te slaan.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Cell Reports beschrijft een nieuw mechanisme van hersenplasticiteit, of hoe neurale verbindingen veranderen als reactie op externe stimuli. Het artikel is getiteld “Focal Peri-synaptic Matrix Clusters Promote Activity-Dependent Plasticity and Memory in Mice.”
Dit werk is het resultaat van een samenwerking tussen de Harvard Medical School, de Universiteit van Trento en het Duitse Centrum voor Neurodegeneratieve Ziekten (DZNE) in Maagdenburg.
"Zintuiglijke vaardigheden en het vermogen om onze omgeving te begrijpen zijn afhankelijk van de activiteit van de hersenen, waardoor we prikkels van de buitenwereld kunnen waarnemen en verwerken. Via onze hersenen zijn we in staat nieuwe informatie te verwerven en op te slaan, omdat en onthoud informatie die we al hebben geleerd", zeggen Yuri Bozzi en Gabriele Chelini.
"Dit fascinerende fenomeen wordt mogelijk gemaakt door het vermogen van de hersenen om de structuur en effectiviteit van neurale verbindingen (synapsen) voortdurend te veranderen als reactie op externe stimuli. Dit vermogen wordt synaptische plasticiteit genoemd. Begrijpen hoe synaptische veranderingen optreden en hoe ze bijdragen aan leren en geheugen is een van de hoofdtaken van de neurobiologie."
Yuri Bozzi is professor aan de Universiteit van Trento en co-hoofdauteur van het artikel. Gabriele Chelini is de eerste auteur van het onderzoek. Celini begon in 2017 aan dit project te werken als postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium onder leiding van Sabina Berretta (McLean Hospital en Harvard Medical School, Boston) en voltooide de wetenschappelijke publicatie terwijl hij werkte als postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Bozzi aan de Universiteit van Trento.
De studie richt zich op chondroïtinesulfaten, moleculen die bekend staan om hun rol in gewrichten, die ook een belangrijke functie spelen bij de plasticiteit van de hersenen, omdat ze een integraal onderdeel vormen van de extracellulaire matrix van de hersenen, zoals oorspronkelijk ontdekt door de groep van Dr. Alexander Dityatev in 2001.
In 2007 beschreef een Japans onderzoek de aanwezigheid van ronde clusters van chondroïtinesulfaten, schijnbaar willekeurig verspreid in de hersenen. Dit werk werd echter vergeten totdat het translationele neurobiologische laboratorium van Sabine Berretta deze structuren opnieuw onder de aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap bracht, ze hernoemde tot CS-6-clusters (voor chondroïtinesulfaat-6, dat hun precieze moleculaire samenstelling identificeert) en aantoonde dat deze structuren geassocieerd met gliacellen en zijn sterk verminderd in de hersenen van mensen met psychotische stoornissen.
In 2017 kreeg Gabriele Celini, nieuw aangenomen in het laboratorium van Berretta, de taak om de functie van deze clusters bloot te leggen.
"We hebben deze structuren eerst in detail onderzocht en ze met een zeer hoge resolutie in beeld gebracht. We ontdekten dat het in wezen clusters van synapsen zijn, bedekt met CS-6 en georganiseerd in een duidelijk herkenbare geometrische vorm. Vervolgens hebben we een nieuw type synaptische structuur geïdentificeerd organisatie "zeggen wetenschappers.
"Op dit punt moesten we wat 'experimentele creativiteit' aan de dag leggen; door een combinatie van gedrags-, moleculaire en geavanceerde morfologische benaderingen realiseerden we ons dat deze verbindingen, ingekapseld in CS-6-clusters, veranderen als reactie op elektrische activiteit in de brein."
"Eindelijk hebben we, dankzij de samenwerking met Alexander Dityatev van DZNE Magdeburg en de inspanningen van Hadi Mirzapourdelawar uit zijn groep, de expressie van CS-6 in de hippocampus (een hersengebied dat verantwoordelijk is voor ruimtelijk leren) verminderd en gedemonstreerd dat de aanwezigheid van CS-6 noodzakelijk is voor synaptische plasticiteit en ruimtelijk geheugen", aldus Bozzi en Celini.
"Dit werk maakt de weg vrij voor een nieuwe kijk op de hersenfunctie. Het is mogelijk dat alle synapsen gevormd op verschillende neuronen binnen CS-6-clusters het vermogen hebben om samen te reageren op specifieke externe stimuli en deel te nemen aan een gemeenschappelijke functie gericht op leer- en geheugenprocessen " merken ze op.
"Ze lijken een nieuw substraat te vertegenwoordigen voor het integreren van informatie en het vormen van associaties op meercellig niveau", voegen Dityatev en Berretta toe.
Dit werk is het resultaat van een samenwerking tussen verschillende laboratoria, waaronder het Translational Neurobiology Laboratory (Sabina Berretta; McLean Hospital - Harvard Medical School, Boston), het Neurodevelopmental Disorders Research Laboratory (Yuri Bozzi; CIMeC - Interdisciplinair Centrum voor Hersenwetenschappen), Universiteit van Trento) en de moleculaire neuroplasticiteit (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).