Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Ερευνητές ανακάλυψαν πώς ένα ιοντικό κανάλι στους νευρώνες του εγκεφάλου έχει ένα είδος «μοριακής μνήμης», η οποία συμβάλλει στον σχηματισμό και τη διατήρηση δια βίου αναμνήσεων. Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει ένα συγκεκριμένο τμήμα του ιοντικού καναλιού στο οποίο θα μπορούσαν να στοχεύσουν νέα φάρμακα για ορισμένες γενετικές ασθένειες. Η μελέτη, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Linköping στη Σουηδία, δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
Μία από τις υπερδυνάμεις του εγκεφάλου είναι η ικανότητά του να μαθαίνει από προηγούμενες εμπειρίες και να σχηματίζει αναμνήσεις. Αυτές οι ζωτικές διαδικασίες εξαρτώνται από την αναμόρφωση των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων στον εγκέφαλο. Οι νευρικές συνδέσεις, που ονομάζονται συνάψεις, ενισχύονται ή αποδυναμώνονται καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής με τέτοιο τρόπο ώστε ο εγκέφαλος, κατά μία έννοια, να αναδιαμορφώνεται συνεχώς σε κυτταρικό επίπεδο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται συναπτική πλαστικότητα.
Υπάρχουν αρκετές διαδικασίες που συμβάλλουν στη συναπτική πλαστικότητα στο νευρικό σύστημα. Μία από αυτές τις διαδικασίες έχει να κάνει με τα ιοντικά κανάλια ασβεστίου, τα οποία εδώ και καιρό ενδιαφέρουν τους ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Linköping (LiU).
«Θέλω να αποκαλύψω τη μυστική ζωή αυτών των μορίων ιοντικών διαύλων. Τα ιοντικά κανάλια ασβεστίου έχουν πολύ σημαντικές λειτουργίες στο σώμα – ανοίγοντας και κλείνοντας, ρυθμίζουν, μεταξύ άλλων, την σηματοδότηση από νεύρο σε νεύρο. Αλλά πέρα από αυτό, αυτά τα μόρια έχουν επίσης ένα είδος δικής τους μνήμης και μπορούν να θυμούνται προηγούμενα νευρικά σήματα», λέει ο Αντώνιος Πανταζής, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Βιοϊατρικών και Κλινικών Επιστημών στο LiU, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης.
Το επίκεντρο αυτής της μελέτης ήταν ένας συγκεκριμένος τύπος ιοντικού καναλιού, το κανάλι CaV2.1, το οποίο είναι το πιο κοινό κανάλι ιόντων ασβεστίου στον εγκέφαλο. Το κανάλι ιόντων βρίσκεται στη σύναψη, στο άκρο του νευρώνα. Όταν ένα ηλεκτρικό σήμα διέρχεται από τον νευρώνα, το κανάλι ιόντων ανοίγει, θέτοντας σε κίνηση μια διαδικασία που οδηγεί στην απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών προς τον νευρώνα λήψης στη σύναψη. Με αυτόν τον τρόπο, τα κανάλια CaV2.1 είναι οι φύλακες της συναπτικής επικοινωνίας μεταξύ νευρώνων.
Η παρατεταμένη ηλεκτρική δραστηριότητα μειώνει τον αριθμό των καναλιών CaV2.1 που μπορούν να ανοίξουν, με αποτέλεσμα τη μικρότερη απελευθέρωση πομπών, έτσι ώστε ο νευρώνας λήψης να λαμβάνει ένα ασθενέστερο μήνυμα. Είναι σαν τα κανάλια να μπορούν να «θυμούνται» προηγούμενη σηματοδότηση και, με αυτόν τον τρόπο, να καθίστανται μη διαθέσιμα για άνοιγμα από επόμενα σήματα. Το πώς λειτουργεί αυτό σε μοριακό επίπεδο ήταν άγνωστο στους επιστήμονες μέχρι τώρα.
Οι ερευνητές του Linköping ανακάλυψαν τώρα έναν μηχανισμό για το πώς το κανάλι ιόντων μπορεί να «θυμάται». Το κανάλι είναι ένα μεγάλο μόριο που αποτελείται από πολλά διασυνδεδεμένα μέρη, τα οποία μπορούν να κινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο σε απόκριση σε ηλεκτρικά σήματα. Ανακάλυψαν ότι το κανάλι ιόντων μπορεί να λάβει σχεδόν 200 διαφορετικά σχήματα ανάλογα με την ισχύ και τη διάρκεια ενός ηλεκτρικού σήματος. Είναι μια πολύπλοκη μοριακή μηχανή.
«Πιστεύουμε ότι κατά τη διάρκεια της παρατεταμένης ηλεκτρικής νευρικής σηματοδότησης, ένα σημαντικό μέρος του μορίου αποσυνδέεται από την πύλη του καναλιού, παρόμοια με τον τρόπο που ο συμπλέκτης σε ένα αυτοκίνητο διακόπτει τη σύνδεση μεταξύ του κινητήρα και των τροχών. Το ιοντικό κανάλι δεν μπορεί πλέον να ανοιχτεί. Όταν εκατοντάδες σήματα εμφανίζονται σε αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορούν να μετατρέψουν τα περισσότερα κανάλια σε αυτήν την «κατάσταση αποσύνδεσης μνήμης» για αρκετά δευτερόλεπτα», λέει ο Πανταζής.
Εάν το ιοντικό κανάλι μπορεί να «θυμάται» μόνο για λίγα δευτερόλεπτα, πώς συμβάλλει στη δια βίου μάθηση; Αυτός ο τύπος συλλογικής μνήμης στα ιοντικά κανάλια μπορεί να συσσωρευτεί με την πάροδο του χρόνου και να μειώσει την επικοινωνία μεταξύ δύο νευρώνων. Αυτό στη συνέχεια οδηγεί σε αλλαγές στον νευρώνα λήψης, που διαρκούν ώρες ή ημέρες. Τελικά, οδηγεί σε πολύ πιο μακροχρόνιες αλλαγές στον εγκέφαλο, όπως η εξάλειψη των εξασθενημένων συνάψεων.
«Με αυτόν τον τρόπο, μια «μνήμη» που διαρκεί λίγα δευτερόλεπτα σε ένα μόνο μόριο μπορεί να συμβάλει λίγο στη μνήμη ενός ατόμου που διαρκεί για μια ζωή», λέει ο Πανταζής. Η αυξημένη γνώση του τρόπου λειτουργίας αυτών των καναλιών ιόντων ασβεστίου μπορεί μακροπρόθεσμα να συμβάλει στη θεραπεία ορισμένων ασθενειών. Υπάρχουν πολλές παραλλαγές του γονιδίου που παράγει το κανάλι CaV2.1, CACNA1A, που συνδέονται με σπάνιες αλλά σοβαρές νευρολογικές ασθένειες που συχνά είναι κληρονομικές.
Για την ανάπτυξη φαρμάκων κατά αυτών, βοηθά να γνωρίζουμε ποιο μέρος του μεγάλου καναλιού ιόντων θέλουμε να επηρεάσουμε και με ποιον τρόπο πρέπει να αλλάξει η δραστηριότητά του. «Η εργασία μας εντοπίζει ποιο μέρος της πρωτεΐνης πρέπει να στοχεύεται κατά την ανάπτυξη νέων φαρμάκων», λέει ο Πανταζής.
