Pamięć zapisana w gwiazdach - U. Skupio


Dr Urszula Skupio
Zakład Neurofarmakologii Molekularnej, Instytut Farmakologii PAN

I nagroda w Konkursie na Artykuł Popularnonaukowy dla Młodych Naukowców IF PAN


Starożytni Majowie analizowali gwiazdy, wierząc, że mogą one znacząco wpływać na nasze zachowanie i emocje. Ponad 1000 lat później, naukowcy powrócili do tego zagadnienia, jednak gwiazdy, którym przyglądają się badacze znajdują się nie w kosmosie, ale w naszych własnych mózgach.

Astrocyty, komórki glejowe o gwieździstym kształcie, zostały odkryte i opisane przez Santiago Ramóna y Cajala w 1897 roku (Rys.1). Termin glej pochodzi od greckiego słowa oznaczającego klej, co odzwierciedla przekonanie wczesnych neurobiologów, że komórki te sklejają neurony i dzięki temu utrzymują je razem. W odróżnieniu od komórek nerwowych nie przekazują one sygnału elektrycznego, dlatego przez długi czas astrocyty były pomijane w badaniach dotyczących mechanizmów działania mózgu. Przełomowe badania ostatnich 20 lat pokazały, że astrocyty pełnią zróżnicowane funkcje, mogą też porozumiewać się między sobą i innymi komórkami za pomocą sygnałów chemicznych. Co więcej, ich funkcjonowanie determinuje działanie sąsiadujących sieci neuronalnych, zatem mogą one pośrednio wpływać na procesy poznawcze i w efekcie zmieniać także zachowanie.

Zespół Zakładu Neurofarmakologii Molekularnej Instytutu Farmakologii PAN zajmuje się, między innymi, badaniem neurobiologicznych mechanizmów, za pośrednictwem których stres wpływa na procesy uczenia się i pamięci. Hormony uwalniane w odpowiedzi na stres, za pomocą wiązania się do wyspecjalizowanych białek - receptorów glukokortykoidowych, pomagają organizmowi zmobilizować energię, aby sprostać trudnej sytuacji. Nasze wyniki pokazały, że hormony te silnie aktywują całą gamę zmian molekularnych w astrocytach, co zasugerowało, że te komórki mogą pełnić ważną rolę w procesach związanych z reakcją stresową. Aby to zbadać, wygenerowaliśmy zwierzęta genetycznie pozbawione receptora glukokortykoidowego w astrocytach. U tych zwierząt, hormony stresu mogą wywołać zmiany w neuronach i pozostałych komórkach mózgu, ale nie w astrocytach. W ten sposób mogliśmy zaobserwować jakie jest znaczenie astrocytów w uczeniu się i zapamiętywaniu w warunkach stresu. Nasze wyniki ujawniły, że zwierzęta pozbawione astrocytarnego receptora glukokortykoidowego wykazały znaczne osłabienie pamięci związanej ze stresem w porównaniu do zwierząt kontrolnych. Jak to możliwe? Astrocyty zaopatrują neurony w substraty energetyczne niezbędne do wytworzenia sieci połączeń o długotrwale wzmocnionym przewodnictwie synaptycznym, co jest podstawą uczenia się i pamięci. Kiedy nie jest zbyt intensywny, stres usprawnia te procesy. Nasze badania pokazały, że hormony stresu dają astrocytom swego rodzaju „sygnał”, że zwiększa się zapotrzebowanie energetyczne. Wówczas komórki te produkują i uwalniają substancje, które dostarczają neuronom energii, aby te mogły dłużej przekazywać sobie informacje, w ten sposób usprawniając zapamiętywanie (Rys.2). Podsumowując, nasze badania pokazały, że powstawanie śladów pamięciowych w dużym stopniu jest regulowane przez działanie astrocytów.





Rys. 2 Wydzielane pod wpływem stresu hormony stanowią sygnał o zwiększonym zapotrzebowaniu energetycznym organizmu. Wówczas astrocyty zaopatrują neurony w substancje, które w komórkach przetwarzane są na energię. Dzięki temu mogą rozwijać się w mózgu sieci połączeń o długotrwale wzmocnionym przewodnictwie synaptycznym, co jest podstawą powstawania śladów pamięciowych.


Zidentyfikowane w ostatnich latach funkcje astrocytów spowodowały zmianę naszego myślenia o działaniu mózgu. We współczesnej neurobiologii powszechnie uznawana jest koncepcja synapsy trójdzielnej. Taka synapsa to nie tylko miejsce, w którym kontaktują się dwa neurony, ale także miejsce, w którym informacja z sieci neuronalnej jest przetwarzana przez astrocyty, które z powrotem wydzielają substancje wpływające na transmisję synaptyczną. W mózgu nieustannie toczy się ten swoisty dialog pomiędzy neuronami i astrocytami, jednak wciąż jesteśmy w początkowej fazie poznania dokładnych mechanizmów, dzięki którym astrocyty wpływają na synapsy, sieci neuronów, a w efekcie także na zachowanie.


Dr Urszula Skupio
Zakład Neurofarmakologii Molekularnej, Instytut Farmakologii PAN
Strona www: http://if-pan.krakow.pl/pl/zaklady/zaklad-neurofarmakologii-molekularnej/
e-mail: skupio@if-pan.krakow.pl


Bibliografia:

Opisane wyniki zawarte są w rozprawie doktorskiej dr Skupio zatytułowanej „Role of astroglial glucocorticoid receptor in the mechanism of opioid action”, dostępnej w bibliotece IF PAN w Krakowie.

Tertil M, Skupio U, Barut J, Wawrzczak-Bargiela A, Golda S, Soltys Z, Kudla L, Wiktorowska L, Szklarczyk-Smolana K, Korostynski M, Przewlocki R, Slezak M. Glucocorticoid receptor signaling in astrocytes is required for aversive memory formation (praca w recenzji).

Skupio U, Tertil M, Barut J, Korostynski M, Golda S, Kudla L, Wiktorowska L, Sowa JE, Siwiec M, Bobula B, Pels K, Tokarski K, Hess G, Ruszczycki B, Wilczynski G, Przewlocki R. Astroglial glucocorticoid receptor modulates reward memory via local regulation of lactate release (praca w recenzji).

Więcej o odkryciach Cajala: Navarrete, M., & Araque, A. (2014). The Cajal school and the physiological role of astrocytes: a way of thinking. Frontiers in Neuroanatomy, 8, 33. (wykorzystanie obrazka zgodne z prawami autorskimi publikacji).