doğru bilginin adresi



Sinapslar

Sinirbilimciler Beynin Bağlantıları Nasıl Geliştirebileceğini Keşfediyor

Beyin anılar oluşturduğunda veya yeni bir görev öğrendiğinde, nöronlar arasındaki bağlantıları ayarlayarak yeni bilgileri kodlar. MIT sinirbilimcileri, sinaps olarak da adlandırılan bu bağlantıların güçlendirilmesine katkıda bulunan yeni bir mekanizma keşfettiler.

Her sinapsta, bir presinaptik nöron, bir veya daha fazla postsinaptik alıcı hücreye kimyasal sinyaller gönderir. Bu bağlantıların nasıl geliştiğine dair önceki çalışmaların çoğunda, bilim adamları postsinaptik nöronların rolüne odaklandılar. Bununla birlikte, MIT ekibi presinaptik nöronların bağlantı gücünü de etkilediğini buldu.

MIT’nin bir üyesi olan MIT’de Biyoloji ve Beyin ve Bilişsel Bilimler bölümlerinde profesör olan Troy Littleton, “Presinaptik tarafta ortaya çıkardığımız bu mekanizma, sinapsların nasıl değişebileceğini anlamak için elimizdeki bir araç setine ekliyor Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü ve Neuron’un 18 Kasım sayısında görünen çalışmanın kıdemli yazarı.

Sinapsların bağlantılarını nasıl değiştirdiği hakkında daha fazla şey öğrenmek, bilim insanlarının otizm gibi nörogelişimsel bozuklukları daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir, çünkü otizme bağlı genetik değişikliklerin çoğu sinaptik proteinleri kodlayan genlerde bulunur.

Picower Enstitüsü’nde araştırma bilimcisi olan Richard Cho, makalenin baş yazarıdır.

Beyni yeniden inşa etmek

Sinirbilim alanındaki en büyük sorulardan biri, beynin değişen davranış koşullarına tepki olarak kendini nasıl yeniden bağladığıdır – plastiklik olarak bilinen bir yetenek. Bu, özellikle erken gelişim sırasında önemlidir, ancak beyin öğrenip yeni anılar oluştururken yaşam boyunca devam eder.

Son 30 yılda bilim adamları, postsinaptik bir hücreye gelen güçlü girdinin, nörotransmiterler için yüzeyine daha fazla reseptör göndermesine neden olduğunu ve presinaptik hücreden aldığı sinyali yükselttiğini keşfettiler. Uzun vadeli potansiyalizasyon (LTP) olarak bilinen bu fenomen, sinapsın kalıcı, yüksek frekanslı stimülasyonunu takiben meydana gelir. Çok düşük frekanslı uyarımın neden olduğu postsinaptik tepkinin zayıflaması olan uzun süreli depresyon (LTD), bu reseptörler çıkarıldığında ortaya çıkabilir.

Littleton, bilim adamlarının esneklikte presinaptik nöronun rolüne daha az odaklandığını, bunun nedeni kısmen çalışmanın daha zor olduğunu söylüyor.

Laboratuvarı, presinaptik hücrelerin aksiyon potansiyelleri olarak bilinen elektriksel aktivite artışlarına yanıt olarak nörotransmiteri nasıl serbest bıraktığına dair mekanizma üzerinde çalışmak için birkaç yıl harcadı. Presinaptik nöron, aksiyon potansiyelinin elektriksel dalgalanmasını taşıyan bir kalsiyum iyon akışını kaydettiğinde, nörotransmiterleri depolayan veziküller, hücre zarına kaynaşır ve içeriklerini, postsinaptik nöron üzerindeki reseptörlere bağlandıkları hücre dışına dökerler.

Presinaptik nöron, spontan salınım adı verilen bir süreçte, aksiyon potansiyellerinin yokluğunda nörotransmiteri de serbest bırakır. Bu “minilerin” daha önce beyinde meydana gelen gürültüyü temsil ettiği düşünülüyordu. Bununla birlikte, Littleton ve Cho, minis’in sinaptik yapısal esnekliği sağlamak için düzenlenebileceğini buldu.

Sinapsların nasıl güçlendirildiğini araştırmak için Littleton ve Cho, meyve sineklerinde nöromüsküler kavşaklar olarak bilinen bir tür sinaps üzerinde çalıştılar. Araştırmacılar, kısa bir süre içinde hızlı bir dizi aksiyon potansiyeli ile presinaptik nöronları uyardılar. Beklendiği gibi, bu hücreler nörotransmitteri aksiyon potansiyelleriyle eşzamanlı olarak saldı. Bununla birlikte, araştırmacılar şaşkınlık içinde, mini olayların elektriksel uyarı sona erdikten sonra büyük ölçüde arttığını buldular.

Littleton, “Beyindeki her sinaps bu küçük olayları serbest bırakıyor, ancak insanlar bunları büyük ölçüde görmezden geldi çünkü postsinaptik hücrede çok az miktarda aktivite başlatıyorlar” diyor Littleton. “Bu nöronlara güçlü bir aktivite atımı verdiğimizde, normalde çok düşük frekansta olan bu mini olaylar aniden yükseldi ve aşağı inmeden önce birkaç dakika yüksekte kaldı.”

Sinaptik büyüme

Minis’in artışı, postsinaptik nöronu, presinaptik hücreye geri dönen ve PKA adı verilen bir enzimi aktive eden, hala tanımlanamayan bir sinyal faktörünü serbest bırakmaya teşvik ediyor gibi görünüyor. Bu enzim, normalde bir fren görevi gören kompleksin adı verilen vezikül proteini ile etkileşime girerek, ihtiyaç duyulana kadar nörotransmiteri serbest bırakmak için vezikülleri sıkıştırır. PKA tarafından uyarılma, kompleksi modifiye ederek, nörotransmiter veziküller üzerindeki tutuşunu serbest bırakarak mini olaylar üretir.

Bu küçük nörotransmiter paketleri yüksek hızlarda salındığında, presinaptik ve postsinaptik nöronlar arasında bouton olarak bilinen yeni bağlantıların büyümesini teşvik etmeye yardımcı olurlar. Bu, postsinaptik nöronu, presinaptik nöronun gelecekteki herhangi bir iletişimine daha da duyarlı hale getirir.

“Tipik olarak hücre başına bu boutonlardan 70 kadar var, ama presinaptik hücreyi uyarırsanız, çok hızlı bir şekilde yeni boutonlar yetiştirebilirsiniz. Littleton, oluşan sinaps sayısını ikiye katlayacak ” diyor.

Araştırmacılar, bu süreci sineklerin üç ila beş gün süren larva gelişimi boyunca gözlemlediler. Bununla birlikte, Littleton ve Cho, sinaptik işlevdeki akut değişikliklerin, geliştirme sırasında sinaptik yapısal esnekliğe de yol açabileceğini gösterdi.

“Presinaptik terminaldeki makineler, yalnızca gelişimde değil, aynı zamanda öğrenme ve hafıza gibi davranışsal süreçler sırasında sinaptik değişikliklerin meydana gelebileceği daha olgun durumlarda da gerçekten önemli olabilecek belirli plastiklik biçimlerini sürmek için çok keskin bir şekilde değiştirilebilir. Cho diyor.

Wayne State Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde nöroloji profesörü olan ve araştırmaya dahil olmayan Maria Bykhovskaia, presinaptik nöronların plastisiteye nasıl katkıda bulunduğunu ilk ortaya koyanlar arasında olduğu için çalışmanın önemli olduğunu söylüyor.

Bykhovskaia, “Sinir bağlantılarının büyümesinin faaliyet tarafından belirlendiği biliniyordu, ancak özellikle neler olup bittiği çok net değildi” diyor. “Moleküler yolu belirlemek için Drosophila’yı güzelce kullandılar.”

Littleton’ın laboratuvarı şimdi, complexin’in vezikül salımını nasıl kontrol ettiğine dair daha fazla mekanik ayrıntı bulmaya çalışıyor.

Neuroscientists reveal how the brain can enhance connections başlıklı yazıdan tercüme edilmiştir.

Bu yazıyı paylaşın

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin
Share on pinterest
Share on print
Share on email