Czy astrocyty kontrolują połączenia synaptyczne w sieciach nerwowych istotnych dla chorób psychiatrycznych? AstroSyCo

 Duże zaburzenie depresyjne (MDD) zostało sklasyfikowane przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) jako jeden z największych czynników przyczyniających się do globalnej niepełnosprawności. Obecne terapie depresji (MDD) są dalekie od optymalnych – tylko jedna trzecia pacjentów reaguje na leczenie pierwszego rzutu, a większość nie osiąga pełnej remisji. Te niedoskonałości podkreślają pilną potrzebę opracowania ulepszonych strategii terapeutycznych, opartych na zrozumieniu biologicznych podstaw choroby. Wcześniejsze badania wykazały obniżoną ekspresję genów kodujących białka synaptyczne oraz zmniejszoną liczbę synaps jako jedną z neurobiologicznych cech charakterystycznych mózgu pacjentów z MDD. Zmiany te były szczególnie widoczne w korze przedczołowej (PFC) – obszarze mózgu integrującym reakcję na stres.

Podobne zmiany zaobserwowano w modelach gryzoni poddanych przewlekłemu stresowi – wykazano, że są one związane z sygnalizacją głównego hormonu stresu, kortykosteronu (CORT), poprzez receptory glukokortykoidowe (GR). W tych modelach zaobserwowano, że korzystne działanie leków przeciwdepresyjnych, w tym ketaminy, koreluje z odwróceniem deficytów synaptycznych w PFC. Obserwacje te doprowadziły do sformułowania hipotezy, że przywrócenie funkcjonalnej i strukturalnej plastyczności synaptycznej stanowi kluczowy mechanizm skutecznego działania leków przeciwdepresyjnych. Jednak mechanizmy leżące u podstaw przebudowy obwodów nerwowych w stresie i depresji pozostają niejasne. Ostatnio odkryliśmy, że ekspresja specyficznych dla astrocytów genów odpowiedzialnych za formowanie i eliminację synaps w rozwoju była obniżona w PFC pacjentów z MDD oraz u gryzoni narażonych na przewlekły stres. U myszy zmiany te były w dużej mierze zapobiegane poprzez usunięcie GR specyficznie w astrocytach.

Nasze dane sugerują zatem dotąd nieznany mechanizm utraty synaps w MDD: stres wywołuje obniżenie ekspresji genów specyficznych dla astrocytów, które kontrolują łączność synaptyczną. W ramach tego projektu bezpośrednio przetestujemy tę hipotezę. W tym celu przeprowadzimy systematyczną analizę wpływu wyciszenia genów astrocytów odpowiedzialnych za tworzenie lub eliminację synaps na zachowania kontrolowane przez PFC, a w szczególności interakcje społeczne. W tym celu wprowadzimy wektory wirusowe kodujące odpowiednie shRNA i ocenimy wpływ tej interwencji na około 60 dobrowolnych zachowań u grup myszy, wykorzystując system Social Box. Równolegle przeprowadzimy genetyczne modyfikacje astrocytów u myszy przy użyciu naszej nowo opracowanej metody specyficznego dla typu komórki, indukowalnego wyciszenia genów za pomocą elektroporacji wewnątrzmacicznej.

Metoda ta oferuje kilka zalet, w tym możliwość optycznej analizy odcinków dendrytów Thy1-GFP, które kontaktują się z rzadko oznaczonymi, genetycznie zmodyfikowanymi astrocytami lub ich dzikotypowymi sąsiadami – umożliwiając bezpośrednie porównanie w tym samym osobniku. Następnie zastosujemy długoterminowe obrazowanie dwufotonowe, aby zbadać wpływ specyficznego dla astrocytów wyciszenia badanych genów na stresowo- lub ketaminowo-indukowaną wymianę kolców dendrytycznych. Dla genów, w przypadku których zaobserwujemy zarówno deficyty behawioralne, jak i strukturalne, przeprowadzimy szczegółową analizę ultrastrukturalną uprzednio zobrazowanych interakcji astrocyt–synapsa, wykorzystując korelacyjną mikroskopię świetlną i elektronową.

Podsumowując, realizacja tego projektu dostarczy bezprecedensowego wglądu w udział astrocytów w przebudowie dorosłych obwodów nerwowych. Jednocześnie nasze dane przyczynią się do lepszego zrozumienia dysfunkcji neurobiologicznych w przebiegu zaburzeń psychiatrycznych i mogą pomóc w opracowaniu nowych strategii terapeutycznych.