Астроциты регулируют когнитивную гибкость мозга

Группа исследователей из Центра сознания Института базовых наук в Тэджоне (Южная Корея) обнаружили, что астроциты – глиальные клетки, которые имеют характерную форму звезды – регулируют когнитивную гибкость. Ученые установили способность астроцитов мгновенно регулировать синаптическую пластичность ближайших к ним межнейронных соединений, которая играет важную роль в процессах когнитивной гибкости. Об этом они рассказали в журнале Biological Psychiatry.

Когда астроцит работает адекватно, то когнитивная пластичность в норме (В). Если Best1 каналы отключены, пластичность падает (С), но при добавлении D-серина все нормализуется. Credit: Koh, W., et al. / Biological Psychiatry 2021

Мир вокруг нас постоянно меняется, и нашему мозгу необходимо не только приобретать новые знания, но и уметь модифицировать старые. Это важно всегда, но сейчас особенно актуально. Подобная способность называется когнитивной гибкостью. Без нее мы бы не смогли адаптироваться к окружающей среде и были бы чересчур уязвимы перед неправильными решениями, основанными на предыдущих воспоминаниях. 

Считается, что низкая когнитивная гибкость в таких расстройствах, как аутизм, шизофрения и ранние стадии болезни Альцгеймера, обусловлена снижением активности NMDAR рецепторов. Они играют большую роль в процессах синаптической пластичности и активируются при помощи агонистов и ко-агонистов. Источник одного из ко-агонистов – D-серина – был неясен, что и заинтересовало исследовательскую группу. Используя регуляцию генов, специфических для астроцитов, исследователи обнаружили, что астроциты могут синтезировать D-серин и выпускать его по кальциевым каналам Best1. Через те же каналы астроциты выпускают глутамат. Следовательно, их совместный выпуск с D-серином показывает, что астроциты – отличные регуляторы NMDAR рецепторов и синаптической пластичности. 

«Так как астроциты контактируют более с чем 100 000 синапсов, они могут мгновенно контролировать синаптическую пластичность», — отмечают авторы. 

Исследователи работали с генно-модифицированными мышами, у которых был деактивирован Best1. Ученые провели с животными эксперимент с водным лабиринтом Морриса, в котором мышам предстояло найти скрытую под водой платформу. Сначала мыши с деактивированным Best1 справлялись не хуже обычных мышей. Однако когда платформа передвигалась на другое место, мыши начинали испытывать проблемы с модификацией воспоминания. 

Что интересно, когда ученые восстановили работу NMDAR с помощью инъекции D-серина в течение первого периода научения, последующих проблем с модификацией воспоминания не возникло. Это открытие показывает, что гибкость памяти предопределена еще на этапе научения, что расходится с предыдущей идеей о  необходимости синаптической пластичности только в моменты модификации воспоминания. 

Кроме того исследователи обнаружили, что норэпинефрин и его рецепторы a1-AR могут активировать астроциты и провоцировать совместное высвобождение D-серина и глутамата. Из этого можно предположить, что гибкость памяти может быть обусловлена уровнем концентрации и возбуждения во время научения. 

«Предыдущие исследования по большей части фокусировались на изменениях в специфических синапсах по отношению к стимулу. Важным открытием стало то, что когда при научении активируется один синапс, активируются также и соседние. В будущем оно позволит понять механизмы формирования воспоминаний и научения. Мы надеемся, что наши исследования помогут при лечении различных симптомов аутизма, шизофрении и ранней деменции, которые, как известно, снижают когнитивную гибкость», — говорят авторы.  

Текст: Мария Глушанина

Astrocytes render memory flexible by releasing D-serine and regulating NMDAR tone in the hippocampus by Koh, W., et al. Biological Psychiatry. October 2021 doi.org/10.1016/j.biopsych.2021.10.012