Para peneliti telah mengidentifikasi mekanisme neuroplastisitas baru yang terkait dengan pembelajaran dan memori

Neuron memang penting, namun mereka bukanlah satu-satunya pemain dalam proses tersebut. Memang benar, “tulang rawan”, yaitu kumpulan molekul matriks ekstraseluler yang disebut kondroitin sulfat yang terletak di bagian luar sel saraf, berperan penting dalam kemampuan otak untuk memperoleh dan menyimpan informasi.

Penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Cell Reports menjelaskan mekanisme baru plastisitas otak, atau bagaimana koneksi saraf berubah sebagai respons terhadap rangsangan eksternal. Makalah ini berjudul “Focal Peri-synaptic Matrix Clusters Promote Activity-Dependent Plastisitas dan Memori pada Tikus.”

Pekerjaan ini merupakan hasil kolaborasi antara Harvard Medical School, Universitas Trento, dan Pusat Penyakit Neurodegeneratif Jerman (DZNE) di Magdeburg.

"Keterampilan sensorik dan kemampuan memahami lingkungan kita bergantung pada aktivitas otak, yang memungkinkan kita merasakan dan memproses rangsangan yang datang dari dunia luar. Melalui otak kita, kita dapat memperoleh dan menyimpan informasi baru, sebagai serta mengingat informasi yang telah kita pelajari, "kata Yuri Bozzi dan Gabriele Chelini.

"Fenomena menakjubkan ini dimungkinkan oleh kemampuan otak untuk terus-menerus mengubah struktur dan efektivitas koneksi saraf (sinapsis) sebagai respons terhadap rangsangan eksternal. Kemampuan ini disebut plastisitas sinaptik. Memahami bagaimana perubahan sinaptik terjadi dan bagaimana kontribusinya terhadap pembelajaran dan memori adalah salah satu tugas utama neurobiologi."

Yuri Bozzi adalah profesor di Universitas Trento dan salah satu penulis utama artikel ini. Gabriele Chelini adalah penulis pertama studi ini. Celini mulai mengerjakan proyek ini pada tahun 2017 sebagai rekan pascadoktoral di laboratorium yang dipimpin oleh Sabina Berretta (Rumah Sakit McLean dan Harvard Medical School, Boston) dan menyelesaikan publikasi ilmiah sambil bekerja sebagai rekan pascadoktoral di laboratorium Bozzi di Universitas Trento.

Penelitian ini berfokus pada kondroitin sulfat, molekul yang terkenal karena perannya dalam persendian, yang juga memainkan fungsi penting dalam plastisitas otak, menjadi bagian integral dari matriks ekstraseluler otak, seperti yang pertama kali ditemukan oleh kelompok Dr. Alexander Dityatev pada tahun 2001.

Pada tahun 2007, sebuah penelitian di Jepang menggambarkan adanya kelompok kondroitin sulfat berbentuk bulat yang tersebar secara acak di otak. Namun penelitian ini dilupakan, sampai laboratorium neurobiologi translasi Sabine Berretta membawa struktur ini kembali ke perhatian komunitas ilmiah, menamainya cluster CS-6 (untuk chondroitin sulfate-6, yang mengidentifikasi komposisi molekulernya secara tepat) dan menunjukkan bahwa struktur ini memang benar. Terkait dengan sel glial dan sangat berkurang di otak orang dengan gangguan psikotik.

Kemudian, pada tahun 2017, Gabriele Celini, yang baru dipekerjakan di laboratorium Berretta, ditugaskan untuk mengungkap fungsi cluster tersebut.

"Pertama-tama kami memeriksa struktur ini secara mendetail, lalu mencitrakannya dengan resolusi sangat tinggi. Kami menemukan bahwa struktur tersebut pada dasarnya adalah kumpulan sinapsis yang dilapisi CS-6 dan diorganisasikan ke dalam bentuk geometris yang dapat dikenali dengan jelas. Kami kemudian mengidentifikasi jenis sinaptik baru organisasi "kata para ilmuwan.

"Pada titik ini kami harus melakukan 'kreativitas eksperimental'; melalui kombinasi pendekatan perilaku, molekuler, dan morfologi yang canggih, kami menyadari bahwa senyawa ini, yang dikemas dalam cluster CS-6, berubah sebagai respons terhadap aktivitas listrik di otak."

"Akhirnya, berkat kolaborasi dengan Alexander Dityatev dari DZNE Magdeburg dan upaya Hadi Mirzapourdelawar dari kelompoknya, kami mengurangi ekspresi CS-6 di hipokampus (wilayah otak yang bertanggung jawab untuk pembelajaran spasial) dan mendemonstrasikannya bahwa kehadiran CS-6 diperlukan untuk plastisitas sinaptik dan memori spasial,” kata Bozzi dan Celini.

"Pekerjaan ini membuka jalan bagi pandangan baru tentang fungsi otak. Ada kemungkinan bahwa semua sinapsis yang terbentuk pada neuron berbeda dalam kelompok CS-6 memiliki kemampuan untuk merespons bersama terhadap rangsangan eksternal tertentu dan berpartisipasi dalam fungsi umum yang ditujukan untuk proses pembelajaran dan memori" catat mereka.

“Mereka tampaknya mewakili substrat baru untuk mengintegrasikan informasi dan membentuk asosiasi pada tingkat multiseluler,” tambah Dityatev dan Berretta.

Karya ini merupakan hasil kerjasama beberapa laboratorium, antara lain Laboratorium Neurobiologi Translasional (Sabina Berretta; McLean Hospital - Harvard Medical School, Boston), Laboratorium Penelitian Gangguan Perkembangan Saraf (Yuri Bozzi; CIMeC - Interdisciplinary Center for Brain Science, University of Trento) dan neuroplastisitas molekuler (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).