Badanie roli kinazy płytek przylegania i powiązanych z nią szlaków molekularnych w plastyczności neuronalnej

Podstawowym elementem strukturalnym mózgu jest neuron – pojedyncza komórka nerwowa, budująca tkankę, z której złożony jest układ nerwowy. Neurony, których liczbę w ludzkim mózgu szacuje się na 86 miliardów, tworzą ogromną i złożoną sieć połączeń umożliwiających komunikację. Jednym z najciekawszych aspektów funkcjonowania mózgu jest jego zdolność do reorganizacji na skutek działania różnych czynników, w tym również czynników środowiskowych. Synapsy – miejsca komunikacji pomiędzy neuronami, są szczególnie podatne na zmiany plastyczne wynikające z różnego rodzaju oddziaływań wewnętrznych (neurotransmitery, neurohormony) jak i zewnętrznych, zarówno fizycznych (na przykład regularna aktywność fizyczna) jak i chemicznych (na przykład działanie leków, składniki diety), a także działania różnych form stresu pochodzącego z otaczającego świata. Synapsy zlokalizowane są na małych wypustkach, które określa się jako kolce dendrytyczyne. Wspomniane wcześniej zmiany plastyczne synaps, możemy więc mierzyć badając strukturę i ilość kolców dendrytycznych. Jak do tej pory, wiele fizjologicznie prawidłowych i nieprawidłowych zjawisk, jak również chorób neuropsychiatrycznych i neurologicznych, zostało powiązanych ze zmianami w strukturze kolców i gęstości ich występowania. Jednym spośród wielu czynników, które szczególnie wpływają na morfologię i funkcję kolców dendrytycznych jest również stres.
Komórki nerwowe znajdujące się w obszarze kory mózgowej i hipokampa są zaangażowane w regulowanie fizjologicznej odpowiedzi na stres, a także inne aspekty, istotne dla prawidłowego funkcjonowania, takie jak pamięć czy uwaga. Jednocześnie, neurony korowe oraz hipokampalne są szczególnie podatne na działanie stresu. Nadmierny stres i towarzyszący mu długotrwale podwyższony poziom glikokortykoidów (kortykosteronu u zwierząt), prowadzą do spadku ilości kolców dendrytycznych na neuronach obu tych struktur. Zmiany te mają najprawdopodobniej znaczenie funkcjonalne, bowiem współwystępują z zachowaniami depresyjnymi i zaburzeniami poznawczymi. Mimo znaczących osiągnięć w zrozumieniu mechanizmów leżących u podłoża zmian strukturalnych kolców dendrytycznych zlokalizowanych na neuronach kortykalnych i hipokampalnych, wywołanych nadmiernym stresem i przedłużonym działaniem kortykosteronu, pozostaje wiele niewiadomych, jedną z nich, poznaną szczególnie słabo, jest wewnątrzkomórkowy mechanizm zachodzących zmian. Jak wskazują przeprowadzone przez nas badania wstępne, jednym z kandydatów mogących mieć kluczowe znaczenie dla wspomnianych zmian morfologicznych jest kinaza płytek przylegania (z ang. focal adhesion kinase, FAK), która stabilizuje cytoszkielet komórki.
Biorąc pod uwagę niewielką ilość danych na temat molekularnych mechanizmów neuroplastyczności zachodzącej na skutek nadmiernego stresu i przedłużonej ekspozycji na kortykosteron, a także istotne znaczenie białka FAK w neuroplastyczności, w niniejszym projekcie, szczególny nacisk zostanie położony na określenie roli jaką białko FAK i powiązane z nim szlaki sygnałowe, pełnią w zmianach morfologicznych kolców dendrytycznych neuronów kory i hipokampa pojawiających się w wyniku długotrwałego działania kortykosteronu i stresu.
W badaniach planujemy wykorzystać pierwotne hodowle komórkowe oraz tkanki chronicznie stresowanych myszy. Ponadto, do analizy struktury neuronów, zastosowane zostaną techniki mikroskopowe oraz metody oparte o wektory wirusowe. Użyte zostaną również techniki biochemiczne dla określenia poziomu ekspresji kinazy FAK i związanych z nią białek (Western blot, immunofluorescencja) oraz molekularne, służące do manipulacji ich aktywnością (nadekspresja zmutowanej formy białka).
Wyniki uzyskane w toku realizacji projektu, pozwolą odpowiedzieć na pytanie o zaangażowanie białka FAK i powiązanych z nim szlaków sygnałowych, w plastyczność komórkową zależną od stresu i glikokortykoidów. Ponadto, poprzez analizę różnych struktur, których neurony są szczególnie podatne na działanie stresu, możliwe będzie porównanie wewnątrzkomórkowych mechanizmów zmian plastycznych zachodzących pod wpływem narażenia na długotrwałe działanie kortykosteronu i stresu. Ostatecznie, możliwe będzie wskazanie potencjalnego celu farmakologicznego dla nowych substancji, skierowanych na walkę z problemami neuropsychiatrycznymi będącymi wynikiem nadmiernego stresu.