Misterija sinaptičkog taga

Kasna faza dugotrajne potencijacije (L - LTP), koja je izazvana visokofrekfentnom stimulacijom, uključuje sintezu novih proteina. Sinteza proteina se dešava u ćelijskom telu, dok je dugotrajna potencijacija fenomen koji se odvija u odredjenom setu sinapsi. To znači da su novostvorene mRNA translocirane specifično do samo onih sinapsi koje su primile stimulus.

S toga, postavlja se pitanje kako se generalizovani proces, poput nastanka novih proteina, može preneti na samo određene sinapse, ponekad i samo jednu sinapsu. Prvobitne hipoteze kojima se pokušala objasniti ova “specijalizacija” nastanka L - LTP - a uključivale su unutraćelijski transport i njegove komponente. Ipak, nisu našle i naučne potvrde ovih pretpostavki.

Učešće ćelijskog nukleusa i neophodnost ekspresije gena izazvane eksternim stimulusom (tzv. nova, ili de novo ekspresija gena) značilo je da mora da postoji mehanizam kojim se dejstvo novih, transkribovanih gena ograničava samo na neke sinapse.

Krajem 90 - ih godina, ideja “sinaptičkog taga” je promenila pravac istraživanja fenomena dugotrajne potencijacije. Šta više, mnogobrojni eksperimenti koji su usledili su otkrili nove mehanizme sinaptičke i uopšteno, ćelijske komunikacije.

Istraživači Frey i Morris su pretpostavili da je trajanje LTP - a obezbedjeno stvaranjem kratkotrajnih sinaptičkih etiketa - “tagova” u sinapsama koje su u neposrednoj prošlosti bile aktivirane i produkcijom proteina bitnih u ćelijskoj plastičnosti koji mogu biti korišćeni samo u ovim sinapsama.  Dakle, sinaptički tag kratkotrajno i bez sinteze novih proteina markira sinapsu koja je potencirana nekim spoljašnjim stimulusom. Samim tim, ova sinapsa je označena i tek stvoreni proteini iz ćelijskog tela mogu da se upute selektivno ka njoj.

Ovi naučnici su našli da kada je LTP izazvan u jednom sinaptičkom putu, dugotrajni proces može biti “uhvaćen” u drugom sinaptičkom putu, iako je taj drugi put primio stimulaciju koja je dovoljna samo za ranu fazu dugotrajne potencijacije. Zato se taj fenomen deskriptivno naziva “sinaptičko hvatanje”. Ovi prvi eksperiment je obavljen na isečcima hipokampusa pacova.

Paralelno sa ovim dostignucima, grupa Dr Martina je radila na kultivisanim neuronima jedne vrste vodenog puža (Aplysia), koja se često koristi kao dobar i jednostavan model za učenje o ćelijskim mehanizmima pamćenja na beskičmenjacima. Koristeći sposobnost škržnog refleksa ovih životinja (povlačenje škrga na bolnu draž), naučnici su doveli u vezu predhodno opisani fenomen “sinaptičkog hvatanja” (ili synaptic capture) i enzimsku kaskadu koja kao centralni element ima protein CREB, rasprostranjeni transkripcioni faktor neophodan u mnogim ćelijskim procesima.

Kasniji rezultati grupe dobitnika Nobelove nagrade, Erika Kandela, pokazali su da se u ovom procesu, a naročito posredstvom CREB - a podstiče i rast i intenzitet novih sinaptičkih veza. Takodje, dendriti razvijaju nove varikozitete na kojima se stvaraju nove sinapse, tako da spoljašnja stimulacija posredstvom biohemijske kaskade CREB - a vodi ka boljoj sinaptičkoj komunikaciji.

Interesantno je da je, potom, naučnik Dr Barco iz grupe Dr Kandela generisao transgenetskog miša koji ima pojačanu aktivnost CREB - a. U hipokampusu ovih miševa uočeno je da je sinaptičko hvatanje neselektivno i samim tim različiti sinaptički terminali bivaju “tagovani”. Interesanto je da kod ovih miševa i veoma slaba stimulacija može da dovede do dugotrajnih efekata. Ovaj rezultat je bio veoma iznenadjujući kada je obajvljen 2002. godine, jer je pokazano da sinteza proteina može biti mnogo brža no što se pre mislilo i da u svakom trenutku ćelija može imati već spremnu mRNA za translaciju.

Najverovatnije je to krajnji produkt niza biohemijskih i elektrofizioloških promena. Danas se veruje da ne postoji samo jedan činilac koji markira sinapse koje su bile stimulisane i tako obezbedjuje transport novih produkata u iste. Značaj razumevanja prirode ovog procesa je neopisiv. Ukoliko bi se znalo kako se tačno ovaj proces odvija, premostio bi se, i dalje preveliki jaz izmedju jednog elektofiziološkog fenomena, poput pojačavanja sinaptičke moći, i molekularnog mehanizma koji ga izaziva.

Znajući važnost dugotrajne potencijacije u višim kognitivnim funkcijama, lakše bi se mogli studirati poremećaji učenja, pamćenja, demencije i niz drugim neuroloških oboljenja.

Najnovija istraživanja Dr Fonseca - e pokazala su da sinapse mogu medjusobno da se takmiče za sinaptički tag, tako da jača potencijacija jednog narušava postojanost drugog sinaptičkog puta. Ovi rezultati su bitni, jer dokazuju koliko je LTP dinamičan i kompetitivan proces, i samim tim pruža nadu da bismo u bliskoj budućnosti mogli da regulišemo osnovne mehanizme učenja.