Wyniki konkursu Sonatina

Dr Patrycja Brzdąk z Katedry i Zakładu Biofizyki i Neurobiologii Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu otrzymała prawie milion złotych grantu w ramach konkursu Sonatina 7, organizowanego przez Narodowe Centrum Nauki (NCN). Nasza badaczka będzie pracowała nad przyczynami powstawania zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych.

Sonatina ma na celu wsparcie kariery młodych badaczy i jest adresowana do osób, które dopiero rozpoczynają karierę naukową. W siódmej edycji konkursu o finansowanie mogli ubiegać się naukowcy, którzy otrzymali stopień doktora w okresie od 1 stycznia 2020 r. do 30 czerwca 2023 r.

Na konkurs wpłynęło 185 wniosków na kwotę prawie 150 mln zł. Po ich ocenie eksperci NCN zakwalifikowali do finansowania 38 projektów o wartości ponad 32 mln zł.

Dr Patrycja Brzdąk z UMW otrzymała ponad 990 tys. zł na badania, które przeprowadzi w ramach projektu pt. "Modulacja plastyczności GABAergicznej na interneuronach parwalbuminowych i somatostatynowych w regionie CA1 hipokampa".

Plastyczność synaptyczna jest właściwością układu nerwowego, która zależy od aktywności i pozwala neuronom komunikować się oraz zmieniać połączenia, powstające podczas zdobywania nowych doświadczeń. Przebudowa połączeń synaptycznych oraz zmiana ich siły daje początek trwałym wspomnieniom, które tworzą biologiczną podstawę funkcji umysłowych. Zaburzenie plastyczności może z kolei prowadzić do schorzeń neurologicznych, depresji, schizofrenii czy uzależnień.
Przez długi czas wszelkie badania koncentrowały się na wyjaśnianiu funkcjonalnych i strukturalnych aspektów plastyczności transmisji glutaminianergicznej (pobudzającej), nie uwzględniając synaps hamujących. Dzięki prowadzonym w ostatnich latach pracom, wiadomo obecnie, że synapsy GABAergiczne są niezwykle plastyczne, a wyjaśnienie mechanizmu zmian plastycznych, którym podlegają synapsy hamujące, jest wiodącym kierunkiem w neurobiologii. 

Hipokamp, część układu limbicznego, znajduje się w płacie skroniowym mózgu i jest podzielony na cztery obszary (od CA1 do CA4). Obecne w nim interneurony stanowią jedynie około 10-15 proc. wszystkich komórek nerwowych, ale z uwagi na dużą różnorodność pełnią ważną rolę w synchronizacji aktywności sieci neuronalnej. 
Interneurony zawierające hormon somatostatyna (SST) oraz białko parwalbumina ( PV) tworzą dwie duże grupy, które wpływają na procesy uczenia się i pamięci. Dodatkowo komórki SST oraz PV unerwiają i kontrolują aktywność komórek odpowiedzialnych za kodowanie i przechowywanie informacji przestrzennej. Udowodniono też, że interneurony zawierające wazoaktywny polipeptyd jelitowy (VIP), zwalniają neurony piramidowe (odpowiedzialne m.in. za procesy poznawcze) poprzez osłabienie interneuronów GABAergicznych. Odkrycia te potwierdzają, że sieć hamująca odgrywa ważną rolę w procesach uczenia się i pamięci. 

Poprzedni projekt, realizowany w ramach grantu NCN pod kierownictwem prof. Jerzego Mozrzymasa z UMW, pt. Badanie mechanizmów plastyczności transmisji GABAergicznej w interneuronach i komórkach piramidowych, wykazał udział metaloproteinaz (MMPs) – białek macierzy zewnątrzkomórkowej oraz innych białek – integryn w procesie indukcji i utrzymania plastyczności synaps hamujących, które są zlokalizowane na komórkach piramidowych w hipokampie. Dokładny mechanizm komórkowy i molekularny plastyczności GABAergicznej indukowanej na konkretnych typach interneuronów wciąż jednak jest mało znany. 

Celem badań dr Patrycji Brzdąk jest więc zgłębienie wiedzy na temat plastyczności transmisji hamującej w komórkach PV i SST oraz wyjaśnienie roli kilku czynników molekularnych, w tym białek adhezyjnych, MMPs oraz udziału receptorów dopaminergicznych w jej molekularnym mechanizmie.

Badania zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem techniki elektrofizjologicznej, która pozwala na rejestrację sygnału z konkretnego typu interneuronu w skrawkach mózgowych. Aby wywołać plastyczność, wykorzystane zostaną zarówno protokoły chemiczne, jak i elektryczne. Dodatkowo badania będą poszerzone o aspekt plastyczności GABAergicznej zachodzącej w specyficznych synapsach, które tworzą różne typy interneuronów. W tym celu użyta zostanie technika optogenetyki, która pozwala na kontrolowanie (za pomocą światła) aktywności wybranych grup interneuronów, w których występują światłoczułe białka, opsyny. 

Do prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego niezbędne jest zachowanie balansu pomiędzy transmisją hamującą, a pobudzającą. Jego zachwianie towarzyszy wielu chorobom układu nerwowego. Badania dotyczące wyjaśnienia strukturalnej oraz funkcjonalnej plastyczność GABAergicznej indukowanej w interneuronach są więc niezbędne nie tylko do lepszego zrozumienia mechanizmów, które leżą u podstaw prawidłowego rozwoju i zachowania, ale także zidentyfikowania etiologii zaburzeń psychiatrycznych i neurologicznych, co pozwoli na opracowanie nowych terapii. Rezultatem przeprowadzonych doświadczeń będzie też poszerzenie wiedzy na temat mechanizmu plastyczności synaps hamujących oraz dokładniejsze poznanie funkcjonowania sieci hipokampalnej.