Neuronauka w służbie medycyny

 

Neuronauka w służbie medycyny

Co ma wspólnego plastyczność synaptyczna hipokampu myszy z tworzeniem śladów pamięciowych i chorobą Alzheimera? Badania prowadzone przez naukowców z UMW mogą mieć wpływ nie tylko na lepsze zrozumienie procesów uczenia się, ale także na planowanie nowych terapii farmakologicznych w chorobach neurodegeneracyjnych czy epilepsji.
Monika Szymańska-Antosiak

„Badanie mechanizmów plastyczności transmisji GABAergicznej w interneuronach i komórkach piramidowych hipokampa myszy” to projekt dofinansowany z grantu NCN nad którym pod kierownictwem prof. Jerzego Mozrzymasa pracuje obecnie dr Patrycja Brzdąk z Katedry i Zakładu Biofizyki i Neurobiologii UMW.

Tematyka badań prowadzonych przez dr Patrycję Brzdąk w ostatnich latach koncentruje się na próbie wyjaśnienia molekularnych mechanizmów plastyczności układu glutaminianergicznego oraz GABAergicznego w obszarze CA1 hipokampa myszy.

- Plastyczność synaptyczna to proces biologiczny, podczas którego następuje przebudowa strukturalna i funkcjonalna synaps w odpowiedzi na zmianę aktywności neuronalnej. Jest ona uważana za substrat uczenia się i tworzenia śladów pamięciowych. Od przeszło 40 lat intensywnie jest badana plastyczność synaps pobudzających (glutaminianergicznych). Poznano wiele form tej plastyczności oraz udało się częściowo poznać jej mechanizmy molekularne. Znacznie mniej wiadomo o plastyczności transmisji hamującej (GABAergicznej) – wyjaśnia dr Brzdąk.

W hipokampie, strukturze odpowiedzialnej m.in. za kodowanie przestrzenne, zmiany w procesie długoterminowej plastyczności synaps pobudzających związane są m.in. z aktywnością metaloproteinaz macierzy zewnątrzkomórkowej (ang. matrix metalloproteinases, MMP). MMP należą do grupy endopeptydaz, są szeroko rozpowszechnione w organizmie i biorą udział w wielu fizjologicznych procesach m.in. angiogenezie, apoptozie czy migracji komórek. Ich podwyższony poziom zaobserwowano w szeregu chorób neurodegeneracyjnych, nowotworowych czy autoimmunologicznych. Badania prowadzone pod kierunkiem prof. Jerzego Mozrzymasa wykazały kluczowa rolę MMP-3 jako proteazy niezbędnej w plastyczności zależnej od receptorów NMDA.

– Od kilku dekad intensywnie badana jest plastyczność synaps pobudzających. Należy jednak podkreślić, że synapsy GABAergiczne, chociaż mniej liczne, wykazują różne formy plastyczności i zapewniają dodatkową modulację sieci neuronalnej. Interneurony GABAergiczne są bardzo heterogenną grupą komórek. W samym tylko obszarze CA1 hipokampa sklasyfikowano ponad 20 różnych ich typów według morfologii oraz właściwości molekularnych i elektrofizjologicznych – wyjaśnia dr Brzdąk.

Pomimo intensywnych badań mechanizmy komórkowe i molekularne plastyczności synaps hamujących pozostają wciąż niewyjaśnione. Obecnie grupa badawcza prowadzona przez prof. Mozrzymasa skupia się na wyjaśnieniu niniejszych mechanizmów, wpisując się tym samym w najważniejsze trendy współczesnej neuronauki. Badania pokazały, iż MMP-3 odgrywa kluczową rolę w mechanizmie plastyczności GABAergicznej, a zablokowanie tej proteazy powoduje upośledzenie długotrwałej plastyczności synaptycznej indukowanej w obszarze CA1 hipokampa.

Zarówno różnorodność interneuronów, jak i liczne formy plastyczności synaps GABAergicznych zapewniają niezwykle bogaty repertuar umożliwiający modulację kluczowych funkcji obwodów neuronalnych. Należy również wspomnieć, że zaburzoną aktywność interneuronów zaobserwowano np.: w chorobie Alzheimera czy epilepsji. – Poznanie zatem czynników regulujących długotrwałą plastyczności synaps hamujących w mózgu jest niezwykle ważne dla lepszego zrozumienia procesów uczenia się i tworzenia śladów pamięciowych, a także ma potencjalnie istotne znaczenie w kontekście planowania nowych terapii farmakologicznych – dodaje dr Brzdąk.
  dr Patrycja Brzdąk
W roku 2020 ukończyła Studia Doktoranckie Biologii na Wydziale Nauk Biologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego. Pracę doktorską realizowała pod kierunkiem prof. Jerzego Mozrzymasa w Katedrze Fizjologii i Neurobiologii Molekularnej Uniwersytetu Wrocławskiego oraz we współpracy z Samodzielną Pracownią Biofizyki Układu Nerwowego Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Medycznego. Autorka publikacji w czasopismach o międzynarodowym zasięgu m.in. (Cellular and Molecular Life Sciences IF=9.26, Cerebral Cortex IF= 6.1, Molecular Neurobiology IF= 5.59, Frontiers in Cellular Neuroscience IF= 4.86). W roku 2017 została nagrodzona stypendium im. Hirszfelda za wybitne osiągnięcia w zakresie nauk biologicznych i medycznych. Wyniki badań prezentowała na kilkunastu konferencjach międzynarodowych oraz krajowych w tym SFN 2018, Society For Neuroscience w San Diego, USA. Wystąpienia dr Patrycji Brzdąk były wielokrotnie nagradzane (m.in.: I nagroda PAN na konferencji poświęconej Inżynierii Biomedycznej we Wrocławiu 2015). W roku 2018 została laureatką programu FENS-IBRO Young Investigator Training Program – Lab Visits, dzięki któremu miała możliwość odbycia wizyty laboratoryjnej w Centrum Fizjologii Integracyjnej i Medycyny Molekularnej „The Center for Integrative Physiology and Molecular Medicine”, Homburg, Niemcy. W roku 2018 otrzymała roczne stypendium START Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej dla wybitnych uczonych na początku kariery naukowej. W ostatnich latach dr Patrycja Brzdąk aktywnie uczestniczyła w realizacji kilku projektów naukowych finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki. W roku 2019 w ramach projektu Etiuda 6 pt. „Rola metaloproteinaz w kształtowaniu długotrwałej plastyczności synaptycznej oraz pobudliwości sieci neuronalnej w obszarze CA1 hipokampa myszy” odbyła staż naukowy w laboratorium kierowanym przez prof. A. Barberisa z Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia, Department of Neuroscience and Brain Technologies, jednym z wiodących ośrodków naukowych w Europie. Publikacja dr Patrycji Brzdąk pt. “Synaptic Potentiation at Basal and Apical Dendrites of Hippocampal Pyramidal Neurons Involves Activation of a Distinct Set of Extracellular and Intracellular Molecular Cues” https://doi.org/10.1093/cercor/bhx324 otrzymała w roku 2020 wyróżnienie honorowe w konkursie na najlepszą polską pracę badawczą z dziedziny neurobiologii przyznawaną przez Komitet Neurobiologii PAN oraz Polskie Towarzystwo Badań Układu Nerwowego (Nagroda Konorskiego). Obecnie dr Patrycja Brzdąk jest zatrudniona w Katedrze i Zakładzie Biofizyki i Neurobiologii na stanowisku post-doc w ramach grantu kierowanego przez prof. Jerzego Mozrzymasa pt. „Badanie mechanizmów plastyczności transmisji GABAergicznej w interneuronach i komórkach piramidowych hipokampa myszy” OPUS, NCN. Jest również laureatką Stypendium Ministra Edukacji i Nauki dla wybitnych młodych naukowców.
Link do profilu naukowca na Polskiej Platformie Medycznej