Struktura komórkowa wcześniej związana z chorobą faktycznie poprawia funkcjonowanie mózgu

Struktura komórkowa wcześniej związana z chorobą faktycznie poprawia funkcjonowanie mózgu

Naukowcy z McGill University rzeczywiście wykazali, że struktura komórek mózgowych, którą wcześniej uważano za patologiczną, w rzeczywistości poprawia zdolność komórek do wysyłania informacji, a także współpracowników o znacznie lepszej wiedzy na temat poszczególnych zawodów.

W badaniu opublikowanym w Nature Communications, grupa sprawdziła obrzęki, które występują w aksonach komórek Purkinjego w mózgu. W wynikach, które sprzeciwiają się dobrze znanym założeniom, stwierdzili, że aksony z obrzękami radzą sobie znacznie lepiej z przenoszeniem sygnałów elektrycznych niż te bez.

„Są to wyniki, w których naprawdę drapiesz się po głowie i myślisz: „Sprawdźmy to jeszcze raz” – mówi starszy autor Alanna Watt, profesor nadzwyczajny na Wydziale Biologii. „Właściwie założyliśmy, kiedy zaczęliśmy to, że najprawdopodobniej zdefiniujemy, a także dokładnie ocenimy, w jaki sposób akson nie spełnia oczekiwań – co nie jest tym, co widzieliśmy”.

Dane eksperymentalne są sprzeczne z oczekiwaniami

Obrzęki aksonów – długich, smukłych włókien, przez które komórki nerwowe przekazują informacje do innych komórek – obserwuje się podczas normalnego rozwoju i choroby. W różnych chorobach neurodegeneracyjnych obserwuje się zwiększoną liczbę obrzęków aksonów, co skłoniło naukowców do przekonania, że ​​obrzęki mają negatywny wpływ na funkcję aksonów. Chociaż modelowanie komputerowe stanowi pewne wsparcie dla tego poglądu, zespół badawczy McGill jako pierwszy przetestował tę teorię za pomocą pomiarów na rzeczywistych komórkach nerwowych.

Korzystając z trudnej technicznie kombinacji mikroskopii dwufotonowej i elektrofizjologii do jednoczesnego pomiaru aktywności elektrycznej w różnych miejscach w komórkach, naukowcy wykazali, że obecność obrzęków aksonów w mysich komórkach Purkinjego nie miała szkodliwego wpływu na szybkość, z jaką te komórki wytwarzały sygnały ( szybkość strzelania) lub szybkość, z jaką aksony transmitowały sygnały. Co ciekawe, eksperymenty wykazały również, że przy szczytowej szybkości wypalania aksony z obrzękami były mniej podatne na awarie niż te bez.

Kwestionowana rola w chorobie neurodegeneracyjnej

Co zaskakujące, naukowcy z McGill odkryli, że byli w stanie stymulować powstawanie obrzęków aksonów poprzez wprowadzenie środka farmaceutycznego, który blokował transmisję sygnałów elektrycznych w komórkach nerwowych, zwłaszcza w aksonach. Obserwowanie obrzęków aksonów w ciągu kilku godzin, gdy akson komórki nerwowej został naruszony w ten sposób, podważa wcześniejsze założenia dotyczące roli obrzęków aksonów w chorobach neurodegeneracyjnych. Jak wyjaśnia Watt, odkrycie pozostawia miejsce na możliwość, że obrzęki stanowią mechanizm samonaprawy, a nie pogorszenie spowodowane chorobą.

„Przesyłanie informacji za pomocą sygnałów elektrycznych jest jednym z najważniejszych punktów, jakie robi akson”, mówi. „Jeżeli to zadanie zaczyna mu nie odpowiadać, ma sens, że istnieje system, który próbuje tego uniknąć”.

Analiza behawioralna potwierdza pozytywny wpływ obrzęków

Oprócz badań na poziomie komórkowym naukowcy starali się określić wpływ obrzęków aksonów na ogólną funkcję mózgu. Zespół wykorzystał trzy testy zaprojektowane do oceny uczenia się i koordynacji ruchowej, które należą do najważniejszych ról móżdżku. Wsparte modelowaniem w celu uwzględnienia naturalnej zmienności między indywidualnymi zdolnościami uczenia się, wyniki ujawniły pozytywną korelację między obfitością obrzęków aksonów w móżdżkowych komórkach Purkinjego a zdolnościami uczenia się motorycznego.

„Uważamy, że łącze internetowe jest najprawdopodobniej pośrednie” — wyjaśnia Watt. „Wiedza najprawdopodobniej ma miejsce gdzie indziej, jednak informacje są przekazywane dalej niezawodnie, a także w wyniku remontu”.