Исследователи обнаружили механизм, связывающий инсулиноподобные факторы роста (ИФР) с пластичностью мозга. Эта научная работа раскрывает, как ИФР1 и ИФР2 способствуют здоровью и функциональности мозга, включая обучение и память, посредством активации ИФР1-рецептора во время синаптической пластичности. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science Advances.
Практическая значимость работы
Исследование раскрывает аутокринный механизм в нейронах, который имеет решающее значение для пластичности мозга. Новое понимание этого механизма может проложить путь для будущих исследований в области предотвращения снижения когнитивных функций и таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера.
Новизна исследования
Исследования Института неврологии им. Макса Планка (Max Planck Institute) во Флориде выявили механизм, с помощью которого инсулиноподобные факторы роста способствуют пластичности мозга.
Инсулиновое суперсемейство гормонов, включая инсулин, инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР1) и инсулиноподобный фактор роста 2 (ИФР2), играют решающую роль не только в регуляции уровня сахара в крови, обмене веществ и росте, но и в здоровье организма и функционировании мозга, включая обучение и память.
Эти гормоны могут поступать в мозг через кровоток из печени или синтезироваться непосредственно в нейронах и глиальных клетках головного мозга. Гормоны связываются с рецепторами, включая ИФР-рецептор, активируя сигналы, которые модулируют рост и активность нейронов. Нарушение этого сигнального пути связано со снижением когнитивных функций и такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера.
Чтобы понять, как ИФР1 и ИФР2 способствуют здоровью мозга, ученые исследовали активацию этого сигнального пути в гиппокампе, области мозга, важной для обучения и памяти.
В частности, исследователи решили выяснить, была ли активна передача сигналов ИФР во время синаптической пластичности, клеточного процесса, который укрепляет связи между нейронами во время формирования памяти и защищает от снижения когнитивных функций.
Материалы и методы исследования
Для этого ученые разработали биосенсор, который определял, когда рецептор ИФР1 был активен, что позволяло им визуализировать активность сигнального пути, связанного с пластичностью.
Когда синапс подвергался пластичности, ученые заметили, что рецептор IGF1 сильно активировался в укрепляющем синапсе и близлежащих синапсах. Эта активация рецептора имела решающее значение для роста и укрепления синапсов во время пластичности. Однако неизвестно, откуда взялся ИФР, активирующий рецептор. Однако ведущий исследователь и автор научной публикации доктор Сюнь Ту (Xun Tu) описал, как возможность визуализировать активацию рецепторов во время пластичности дала им ключ к разгадке.
«Тот факт, что активация ИФР-рецептора была локализована вблизи синапса, подвергающегося пластичности, предполагает, что ИФР1 или ИФР2 могут продуцироваться в нейронах гиппокампа и локально высвобождаться во время пластичности», — объяснила она.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые проверили, вырабатываются ли ИФР1 и ИФР2 и могут ли они высвобождаться из нейронов гиппокампа. Интересно, что ученые обнаружили специфическую для региона разницу в продукции ИФР1 и ИФР2. Одна группа нейронов гиппокампа, нейроны СА1, продуцировала ИФР1; другая группа, нейроны СА3, продуцировала ИФР2.
Когда нейроны СА1 или СА3 активировались способом, имитирующим синаптическую пластичность, высвобождался ИФР. Важно отметить, что когда ученые нарушили способность нейронов вырабатывать ИФР, активация ИФР1-рецептора во время пластичности, роста и укрепления синапсов была заблокирована.
Обсуждение результатов исследования
Старший автор публикации и научный директор Института Макса Планка, доктор Риохей Ясуда (Ryohei Yasuda), обобщил результаты.
«Эта работа раскрывает локальный аутокринный механизм в нейронах, который имеет решающее значение для пластичности мозга. Когда синапс подвергается пластичности, ИФР высвобождается локально, чтобы активировать ИФР1-рецептор на том же нейроне. Нарушение этого механизма ухудшает пластичность, подчеркивая его критическую роль в поддержании когнитивного здоровья».
Это открытие нового механизма проливает свет на то, как воспоминания кодируются в мозге, и подчеркивает важность дальнейшего изучения надсемейства гормонов инсулина в мозге.
Ученые надеются, что понимание механизма, с помощью которого гормоны ИФР способствуют пластичности мозга, приведет к исследованию того, может ли нацеливание на этот сигнальный путь предотвратить снижение когнитивных функций и бороться с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера.
Авторы другого исследования заявляют, что окситоцин стимулирует пластичность мозга
