- Niemal każdy z nas żyje w przekonaniu, że swoim umysłem kieruje całkowicie świadomie i w pełni samodzielnie. W rzeczywistości o wielu ludzkich zachowaniach, takich jak uzależnienia czy skłonność do depresji, decydują skomplikowane procesy fizyko-chemiczne zachodzące w różnych strukturach mózgu. Istotne znaczenie mają tu zwłaszcza mechanizmy działające w synapsach - a więc w miejscach, w których neurony przekazują sobie sygnały - czytamy w komunikacie przesłanym przez Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego Polskiej Akademii Nauk w Warszawie.

Naukowcy z tego właśnie Instytutu we współpracy z University College of London, German Center for Neurodegenerative Diseases i Hannover Medical School po raz pierwszy opisali całą nową ścieżkę sygnałową związaną z 5-HT7R - jednym z receptorów występujących na kolcach dendrytycznych w obrębie synaps.

- W komunikacji między neuronami szczególnie ważne są synapsy, a więc miejsca, w których komórki te stykają się ze swoimi sąsiadami. Poznanie zachodzących tu procesów wciąż pozostaje wielkim wyzwaniem o doniosłym znaczeniu dla nauki i medycyny - mówi kierownik Pracowni Biofizyki Komórki w Instytucie Nenckiego prof. Jakub Włodarczyk.

- Nasz wkład polegał na opisaniu dotychczas nieznanej ścieżki sygnałowej związanej z jedną z odmian receptorów serotoninowych. Znając tę ścieżkę możemy zacząć myśleć na przykład o nowych sposobach chemicznego kontrolowania pewnych przypadków depresji - tłumaczy Włodarczyk w przesłanym PAP komunikacie.

Bez możliwości utrwalania własnych obserwacji i przeżyć nie bylibyśmy w stanie kojarzyć zdarzeń, formować charakterystycznej tylko dla nas osobowości ani funkcjonować społecznie. Zapamiętywanie i kojarzenie zawdzięczamy wyjątkowej zdolności mózgu do plastycznego modelowania struktury połączeń między neuronami.

Kluczową rolę - wyjaśniają specjaliści Instytutu Nenckiego - odgrywają tu procesy zachodzące w synapsach, czyli miejscach, w których liczne i rozgałęzione wypustki neuronów (dendryty i aksony) stykają się z innymi komórkami (głównie sąsiednimi neuronami). Zaburzenia komunikacji między neuronami leżą u podstaw chorób Parkinsona czy Alzheimera, prowadzą też do uzależnień, depresji, schizofrenii, autyzmu czy padaczki.

Naukowcy z Instytutu Nenckiego skoncentrowali swoją uwagę na procesach biologicznych zachodzących między macierzą zewnątrzkomórkową (substancją otaczającą neurony, zawierającą wiele różnych białek), a kolcami dendrytycznymi, niewielkimi wypustkami w dużej liczbie pokrywającymi dendryty. Współczesne badania wskazują bowiem, że zarówno uczenie się, jak i zapamiętywanie, mają związek z liczbą, wielkością i kształtem kolców dendrytycznych.

- Im większy kolec, tym więcej znajdziemy na nim różnego typu receptorów wychwytujących ze swego otoczenia pewne związki chemiczne. Związki te są wydzielane przez sąsiedni neuron do macierzy zewnątrzkomórkowej w szczelinie synaptycznej i uczestniczą w przekazywaniu sygnału. Naszą grupę interesowały procesy zachodzące z udziałem jednego z typów receptorów serotoninowych, receptora 5-HT7R. Wiele substancji o charakterze antypsychotycznym lub antydepresyjnym bezpośrednio oddziałuje na ten receptor. Niedawno odkryto też, że farmakologiczne blokowanie tego receptora wykazuje działanie antydepresyjne - wyjaśnia dr Monika Bijata z Instytutu Nenckiego. Omawiane zagadnienia były podstawą jej pracy doktorskiej.

Instytut informuje, że badania po stronie polskiej sfinansowane z grantów HARMONIA Narodowego Centrum Nauki i TANGO Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Pozwoliły one ustalić, że gdy neuroprzekaźnik aktywuje receptor 5-HT7R, dochodzi do przemodelowania macierzy zewnątrzkomórkowej. Po raz pierwszy wykazano, że receptor 5-HT7R tworzy w mózgu kompleksy z białkiem CD44, i że CD44 może być cięte przez enzym wydzielany przez pobudzony receptor: metaloproteazę MMP9. W wyniku cięcia aktywacji ulega kolejne białko, Cdc42. I to właśnie ono poprzez wpływ na cytoszkielet aktynowy przyczynia się do wzrostu kolców dendrytycznych. Udowodniono także, że kolce powiększone w wyniku działania opisanej ścieżki sygnałowej są rzeczywiście funkcjonalne.

- Teraz, gdy znamy już ścieżkę sygnałową związaną z aktywnością receptora 5-HT7R, będzie nam łatwiej wybierać molekularne cele dla nowych, potencjalnie efektywniejszych terapii antydepresyjnych. Możemy próbować blokować aktywność enzymu MMP9, redukować cięcie białka CD44 albo specyficznie oddziaływać na inny fragment ścieżki - mówi dr Bijata.

- Wiedzę o zmianach chemicznych w macierzy zewnątrzkomórkowej, zachodzących przy aktywacji receptora 5-HT7R, zdobyliśmy badając neurony. Będzie ją jednak można wykorzystać także w odniesieniu do niektórych innych typów komórek, choćby takich jak komórki nowotworowe. To droga do kolejnych terapii leczniczych, na przykład przeciwdziałających chorobom nowotworowym - mówi prof. Włodarczyk.

Część eksperymentalną związaną z doświadczeniami na zwierzętach pozbawionych receptora 5-HT7R dr Bijata wykonała podczas stażu badawczego w laboratorium prof. Evgenija Ponimaskina z Hannover Medical School.

Wyniki przedstawiono w znanym czasopiśmie biologicznym "Cell Reports" (http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2017.05.023). Redakcja dodatkowo podkreśliła rangę publikacji, zamieszczając na okładce nawiązującą do niej grafikę.