Синапсы — это небольшие промежутки между нейронами, через которые передаются сигналы. Эта передача сигналов позволяет нейронам общаться и в конечном итоге производить сложные внутренние процессы, такие как мысли и чувства, а также действия и поведение.

Потеря или ухудшение синапсов обычно сопровождается снижением функции мозга и когнитивными нарушениями, такими как те, которые наблюдаются у пациентов с диагнозом болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и другие нейродегенеративные расстройства. Таким образом, лучшее понимание нейронных процессов, которые обеспечивают стабильность и функционирование синапсов, может дать информацию о разработке более эффективных терапевтических вмешательств для этих расстройств.

Исследователи из Медицинской школы Университета Вирджинии недавно провели исследование, изучающее совместную роль астроцитов, класса глиальных клеток со многими известными нейропротекторными функциями, и перинейрональных сетей (PNN), структур, которые образуют покрытие вокруг некоторых нейронов, в регуляции синаптической активности с течением времени. Их выводы, опубликованные в Nature Neuroscience , показывают, что астроциты и PPN взаимодействуют для поддержания синаптического гомеостаза в мозге мыши .

«Моя лаборатория изучает клетки поддержки мозга, называемые астроцитами, уже 30 лет», — рассказал MedicalXpress Харальд Зонтхаймер, старший автор статьи и заслуженный профессор имени Харрисона в Университете Вирджинии. «Астроциты выполняют множество функций в мозге, но одна из самых важных — удаление нейротрансмиттера глутамата».

Глутамат — это основной нейромедиатор, который нервные клетки мозга используют для общения друг с другом. Прошлые исследования нейронауки показали, что астроциты окружают синапсы, гарантируя, что глутамат останется в каждом синапсе, не перетекая в соседние синапсы.

«Более 125 лет назад Камилло Гольджи открыл сетчатую структуру внеклеточных молекул, которая покрывает поверхность некоторых нейронов», — сказал Зонтхаймер. «Он назвал эти структуры перинейрональными сетями (ПНС), хотя он и многие ученые с тех пор не смогли выяснить, что делают эти структуры. В 1970-х годах было обнаружено, что они важны для развития мозга, поскольку обеспечивают сохранение определенных синапсов между клетками сенсорной системы после их формирования».

Предыдущие исследования пришли к выводу, что PNN играют ключевую роль в стабилизации синапсов с течением времени, однако они не смогли изучить их возможную связь с активностью астроцитов . Учитывая их интерес к астроцитам и их роли в регуляции синапсов, Зонтхаймер и его коллеги решили исследовать, связаны ли астроциты с PNN и, в частности, стабилизируются ли они этими структурами.

«PNN постоянно обновляются в здоровом мозге», — сказал Зонтхаймер. «Другими словами, нейроны синтезируют их, а ферменты, вырабатываемые нейронами и поддерживающими клетками, разрушают их. PNN также разрушаются бактериальным ферментом под названием хондроитиназа ABC. В наших первых экспериментах мы брали этот фермент и вводили его в мозг мышей, и в течение 40 минут PNN исчезали».

Разрушая PNN с помощью фермента хондроитиназы ABC, исследователи смогли наблюдать, как повреждение этих структур влияет на синапсы и астроциты. Интересно, что они обнаружили, что синапсы остаются на месте, в то время как астроциты расширяют свои отростки, покрывая всю мембрану, обнажившуюся после удаления PNN.

«Эти эксперименты также позволили нам изучить, что происходит функционально с такими синапсами после удаления PNN», — пояснил Зонтхаймер. «К нашему большому удивлению, мы обнаружили, что глутамат теперь выливается из них и активирует рецепторы далеко, тем самым нарушая сигнализацию между соседними нервными клетками».

Зонтхаймер и его коллеги наблюдали, что после деградации PNN взрослые мыши начали испытывать эпилептические припадки. Это говорит о том, что сетчатые структуры действуют как контейнеры, которые предотвращают рассеивание глутамата из синапсов, тем самым гарантируя, что астроциты избавятся от нейротрансмиттера до того, как он сможет активировать соседние нервные клетки.

«Наши результаты показывают, что на функцию синапсов могут влиять ферменты, которые высвобождаются в связи с воспалением тканей и заболеванием», — сказал Зонтхаймер. «Мы показываем, что в мышиной модели болезни Альцгеймера и при эпилепсии высвобождаемые ферменты разрушают PNN и изменяют нейронную сигнализацию, даже вызывая судороги».

Результаты, собранные этой группой исследователей, предлагают новое ценное понимание уникального вклада PNN и астроцитов в синаптический гомеостаз. Помимо вдохновения на дальнейшие исследования, сосредоточенные на нейронных процессах, которые они обнаружили, они могут проложить путь к разработке новых терапевтических вмешательств, таких как ингибиторы ферментов, которые предотвращают распад PNN у пациентов с диагнозом болезнь Альцгеймера или эпилепсия.

«Сейчас мы пытаемся понять, как происходит потеря PNN на клеточном уровне, а также как и когда лучше всего ее предотвратить», — добавил Зонтхаймер.