Kortyzol zamyka okno plastyczności mózgu. Nowe odkrycie naukowców z Harvardu

Dlaczego małe dzieci uczą się języków z niebywałą łatwością, a dorośli muszą wkuwać słówka? Dlaczego po kontuzji mózg malucha potrafi się przystosować, a u dorosłego często już nie? Odpowiedź leży w tzw. krytycznych oknach plastyczności – okresach, gdy mózg jest wyjątkowo podatny na bodźce z zewnątrz. Przez lata naukowcy wiedzieli, że te okna się zamykają, ale nie rozumieli mechanizmu. Teraz zespół z Harvard Medical School rozwiązał tę zagadkę. Kluczowym graczem okazał się… hormon stresu.

Niespodziewany trop w gwiaździstych komórkach

→ Czytaj też: Kawa zmienia smak. Nowe badanie pokazuje, jak to robi

Badacze z laboratorium Michaela Greenberga – Nathana Marsh Puseeya profesora neurobiologii na Harvardzie – analizowali komórki kory wzrokowej myszy, gdy natknęli się na coś niezwykłego. Przeprowadzili sekwencjonowanie pojedynczych komórek u młodych gryzoni wystawionych na światło oraz u tych hodowanych w ciemności. Okazało się, że u myszy widzących światło do krwi uwalniana jest kortykosteron – odpowiednik ludzkiego kortyzolu. Hormon ten selektywnie aktywuje receptory na komórkach glejowych zwanych astrocytami.

– To był całkowicie nowy szlak – mówi Bruno Gegenhuber, pierwszy autor badania opublikowanego 20 maja w czasopiśmie Nature. Astrocyty, gwiaździste komórki mózgu, od dawna znane były ze wspierania neuronów, ale nikt nie podejrzewał, że to właśnie one odbierają sygnał z krwi i inicjują kaskadę zamykającą okno plastyczności.

Setki genów i sieć, która blokuje neurony

→ Czytaj też: Delfiny mają ten sam problem co my. Ewolucja wielkiego mózgu ma nieoczekiwaną cenę

Gdy kortyzol (lub jego mysi odpowiednik) połączy się z receptorami na astrocytach, uruchamia program ekspresji ponad 100 genów. Efekt? Przyspieszone dojrzewanie macierzy zewnątrzkomórkowej – struktury otaczającej neurony. Wokół komórek nerwowych tworzą się sztywne fizyczne rusztowania, zwane sieciami okołoneuronalnymi (perineuronal nets). To one trwale unieruchamiają połączenia synaptyczne, ustanawiając stały szablon dla dorosłego mózgu.

Naukowcy potwierdzili to w eksperymencie: u myszy hodowanych w ciemności szlak nie został aktywowany, a krytyczne okno pozostało otwarte dłużej. Co więcej, gdy u dorosłych myszy usunięto genetycznie receptory glukokortykoidowe z astrocytów, zamknięte wcześniej okna plastyczności otworzyły się na nowo. – To dowód, że możemy odwrócić ten proces – podkreśla Greenberg.

Ludzki mózg działa tak samo

Zespół z Harvardu przeanalizował także istniejący zestaw danych sekwencjonowania pojedynczych komórek z ludzkiego mózgu. Odkryli, że identyczny szlak astrocytarny pojawia się w okresie niemowlęcym i osiąga szczyt aktywności około okresu dojrzewania. Oznacza to, że mechanizm odkryty u myszy działa również u ludzi.

To odkrycie ma ogromne znaczenie dla zrozumienia zaburzeń neurorozwojowych. – Ponieważ kortyzol krąży w krwiobiegu, ten szlak prawdopodobnie wpływa na uczenie się, pamięć i nieprawidłowości w czasie zamykania okien krytycznych, które mogą być związane z autyzmem, schizofrenią i zaburzeniami afektywnymi dwubiegunowymi – komentuje Gegenhuber.

Co dalej? Nowe możliwości terapii

Badacze planują teraz szczegółowo zbadać każdy z ponad 100 genów uruchamianych przez kortyzol. – To jak bycie dzieckiem w sklepie ze słodyczami – mówi Greenberg, zapowiadając żmudną pracę nad zrozumieniem, jak poszczególne geny wpływają na neurony i obwody nerwowe. Naukowcy chcą też sprawdzić, jak wczesne stresory podnoszące poziom kortyzolu wpływają na plastyczność mózgu przez ten szlak.

Z drugiej strony, jeśli uda się opracować metody manipulowania tym szlakiem, moglibyśmy w przyszłości otwierać krytyczne okna u dorosłych – na przykład po udarze mózgu, by ułatwić regenerację. Albo zamykać je wcześniej u dzieci z pewnymi zaburzeniami, by zapobiec utrwaleniu nieprawidłowych połączeń. Na razie to melodia przyszłości, ale pierwszy, kluczowy akord właśnie zabrzmiał.