Bruskprotein hjelper oss å huske

Hjernen er i en kontinuerlig konflikt mellom å kunne endre seg raskt for å lære noe nytt, og samtidig være stabil nok til å bevare gamle minner. Hjernen har en enorm evne til å tilpasse seg våre erfaringer, som er viktig for å danne nye minner og lære nye ferdigheter. Likevel er slik hjerneplastistet som oftest for liten til at hjernen kan reparere seg selv etter hjerneskade.

Det viser seg nå at et nettverk av sukkerkjedete proteiner på utsiden av hjerneceller er helt sentrale for å regulere nivået av hjerneplastisitet.

Forskere fra Universitetet i Oslo og Universitetet i Cambridge har funnet at proteinet aggrecan er det sentrale proteinet i nettverket som kalles perinevrale nett. Aggrecan er det som gir leddbrusk sin struktur og støtdempende egenskaper. På grunn av dets sentrale rolle i brusk er det dødelig om man helt fjerner aggrecan.

Forskerne har derfor utviklet en transgen mus, hvor de kan fjerne genet for aggrecan i bestemte deler av kroppen, og kan se hva som skjer når det fjernes i hjernen. Uten aggrecan blir det aldri dannet noen perinevrale nett rundt hjernecellene, og musene hadde høy hjerneplastistet hele livet. Dersom aggrecan ble tatt bort i voksne dyr hvor plastisiteten vanligvis er lav, forsvant nettene, dyrene fikk høy hjerneplastistet og lærte hukommelsesoppgaver bedre.  

Mye tyder på at forstyrrelser i nettenes funksjon er viktige for epilepsi, schizofreni og Alzheimers sykdom, og også skader på hjerneceller etter hjerneslag. Metodene fra dette studiet vil være sentrale verktøy for å studere dette nærmere, som på sikt vil kunne føre til bedre behandlinger.

Hvorfor studere matriksproteiner i hjernen?

Perinevrale nett ble beskrevet allerede på 1800, og er molekyler som ligger som nettingstrømper tett rundt noen typer hjerneceller. Selv om mye etterhvert tyder på at perinevrale nett er helt sentrale for å begrense hjerneplasititet, har det vist seg svært vanskelig å studere hvilke komponenter som er de viktigste for at nettene dannes. Aggreacan utgjør det største proteinet og tenkt å være selve ryggraden i strukturen. Aggrecan er også det viktigste proteinet i brusk hvor dets lange sukkerkjeder gir brusken sin struktur og støtdempende egenskaper. Fordi aggrecan er så viktig i bruskvev i hele kroppen er det dødelig å fjerne genet for aggrecan. I dette studiet har forskerne imidlertid benyttet genteknologi og laget en mus hvor de selektivt kan ta bort genet for aggrecan i vev, slik som i hjernen, og på den måten få mulighet til å studere funksjonen til aggrecan fro hjerneplastistet.

Tilbakestiller den voksne hjernen til ungdommen 

Etter å ha funnet ut at aggrecan var helt sentral for å få dannet nettene, tok Gunnar Dick, som da var i teamet til James Fawcett i Cambridge, med seg musen til Universitetet i Oslo og teamet ledet av Marianne Fyhn og Torkel Hafting. Der undersøkte Kristian Lensjø and Tovy Dinh hvordan aggrecan påvirket hjerneplastistet i synshjernebarken hos voksne mus. Resultatene var slående.

“Vi har lenge visst at perioder med høy grad av hjerneplastistet tidlig i livet er avgjørende for at synssystemet utvikler seg normalt” forteller Lensjø, “og bare korte perioder uten synsstimulering på et øye i denne perioden vil gjøre at hjernen nesten stopper å se med det øyet, men heller styrker sin respons fra det åpne øyet. I voksne dyr har derimot slik behandling ikke nevneverdig effekt for da er hjerneplastisiteten lav. Etter at vi fjernet aggrecan ble dette dramatisk endret og effektene av behandlingen var like stor som hos unge mus’’.

Forbedret hukommelse og mulighet for utvikling av nye medikamenter

I Cambridge fortsatte Daire Rowlands og Sujeong Yang med undersøkelser for å se hvordan mus uten aggrecan klarte å lære å skille mellom gjenstander som var nye og de de hadde sett før. Det viste seg at mus uten aggrecan i hjernen gjorde det bedre, kanskje fordi mer hjerneplastisitet gjorde at de lærte raskere.

Forskernes arbeid stadfester at aggrecan er viktig for å regulere hjerneplastistitet. Man skulle kanskje tro at mye hjerneplastistet alltid fordelaktig, men det kan også destabilisere hjernen. “Den reduserte hjerneplastisteten når nettene modnes i den voksne hjerne er viktig for å stabilisere nervecellenettverk for innlærte ferdigheter og minner’’, sier Fyhn før hun fortsetter, ‘’Minner kan vare i år eller tiår og det er sannsynlig at perinevrale nett er viktige for slik lagring’’ Osloteamet viste nylig at gamle minner ødelegges om man nettene fjernes.

Videre ser det ut til at perinevrale nett kan knyttes til nevroligiske lidelser som schizofreni, epilepsi og Alzheimers sykdom. ‘Det er først når vi avdekker underliggende molekylære mekanismer og hvordan disse virker sammen at vi kan begynne å forstå slike lidelser og utvikle individtilpassede medisiner som kan hjelpe pasienter’’, sier Dick, som avslutter ‘’disse resultatene er et trinn på veien for å forstå hvordan perinevrale nett virker på det molekylære nivået og hvordan medisiner rettet mot reguleringen av disse kan utvikles ”.