Šta je LTP i zašto svaki neuronaučnik voli da diskutuje o njemu

Nervne ćelije komuniciraju izmedju sebe i ova komunikacija je osnova uspešnog funkcionisanja nervnog sistema i, uopšteno, održavanja života organizma. Nekoliko poslednjih decenija, jedan fenomen privlači pažnju neuronaučnika, jer iako dobro opisan, sve razmere njegovog značaja još nisu ustanovljene. Radi se o dugotrajnoj potencijaciji (long-term potentiation, ili skraćeno LTP). LTP je dugotrajno poboljšanje u komunikaciji izmedju dva neurona koja rezultuje iz njihove simultane stimulacije. Kako su neuroni povezani hemijskim sinapsama, a takodje se veruje da je anatomski substrat pamćenja takodje povezan sa ovim sinapsama, LTP, kao i LTD (suprotan process, dugotrajna depresija, ili long-term depression) se smatraju glavnim ćelijskim mehanizmima koji obezbedjuju uspešno učenje i pamćenje.

LTP u mnogo čemu nalikuje dugotrajnom pamćenju. Oba procesa se brzo indukuju, zavise od sinteze novih proteina, imaju osobine asocijativnost i mogu trajati i nekoliko meseci, pa i godina. Kada je sinaptička transmisija pojačana, LTP utiče na sposobnost dva neurona, jedan presinaptički i drugi postsinaptički, da komuniciraju jedan sa drugim duž sinapse. Iako ima različitih tipova LTP-a u različitim ćelijama, tkivima i vrstama organizama, najčešći mehanizam ove pojačane komunikacije je poboljšanje senzitivnosti post-sinaptičkih ćelija za signale koji se primaju iz presinaptičke ćelije. Ovi signali su najčešće u obliku neurotransmiterskih molekula i primaju se neurotransmiterskim receptorima na površini post-sinaptičke ćelije. Pri LTP-u, broj novih receptora se povećava, kao i aktivnost već postojećih receptora.

LTP je otkriven u hipokampusu zeca 1966e godine. Otkrili su ga Tjere Lomo i njegov tadašnji student Timothy Bliss u laboratoriji Pera Andersona u Oslu u Norveškoj. Kada su stimulisali perforantni put, uočili su električne promene u dentantom zavoju hipokampusa. To samo po sebi ne bi bilo neočekivano da nisu zapazili da odgovor postsinaptičke ćelije na visokofrekfentnu stimulaciju presinaptičkih ćelija može da traje veoma dugo. Stoga je ovaj fenomen in nazvan dugotrajna potencijacija.

LTP se razlikuje u različitim moždanim strukturama. Jedna od pretpostavki je da se LTP može opaziti u svih ekscitatornim ćelijama mozga sisara. Takodje, ovaj fenomen ima različite forme ispoljavanja u zrelim i nezrelim ćelijama, zatim zavisi od vrste receptora koji postoje na membrani postsinaptičkih ćelija, kao i u kom senzornom traktu se registruje. No, najčešće, LTP se istražuje u CA1 oblasti hipokampusa u kome se lako raspoznaju pojedinačne nervne ćelije i mogu lakše analizirati različiti parametri ove elektrofiziološke pojave.

Glavne osobine dugotrajne potencijacije su: da kada se LTP indukuje u jednoj sinapsi, ne širi se na ostale (stoga se i zove ulazna specifičnost, ili input specificity); zatim, veza jačine stimulacije i rasprostranjenost LTP-a (asocijativnost), kao i mogućnost različitog indukovanja LTP-a (kooperativnost).

LTP takodje ima svoje faze. Prva faza je kratkotrajna potencijacija. Ubrzo nastaje rani LTP. Za nastanak ranog LTP-a (ili early, E-LTP) odgovorni su različiti medijatori, proteinski receptori na membrani ćelije, enzima unutar ćelja i signalni molekuli, ali nema sinteze novih proteina. Kada dodje do generisanja novih proteina, nastaje poslednja i najduža faza, kasni LTP (late, L-LTP). E-LTP i L-LTP su odredjeni različitim elektrofiziološkim dogadjajima, poput indukcije LTP kratkotrajnim signalima, održavanja LTP-a neprestanim biohemijskim promenama kao odgovor na predhodnu indukciju i ekspresiju dugotrajnih promena koji rezultuju iz signala aktiviranih tokom održavanja LTP-a.

Višedecenijska ostrazivanja veze LTP-a i pamćenja još uvek nisu dala definitivni odgovor u kolikoj meri LTP je odgovoran kao ćelijski substrat pamćenja. Ipak, revolucionarni eksperimenti Ričarda Morisa u 80-im godinama prošlog veka pokazali su da su glatamergični NMDA receptori potrebni u ustanovljavanju prostorne memorije. Istražujući fiziološke promene tokom testiranja laboratorijskih pacova i miševa u vodenom lavirintu, takozvanom Morris Watermaze-u, Moris i kolege su pokazali vezu LTP-a i NMDA receptora i tako posredno vezu ovog fenomena i pamćenja. Kasniji eksperimenti su još vise učvrstili ovu relaciju koristeći različite metode. Testirajući miševe u testu inhibitornog izbegavanja, naučnici iz grupe Džonatana Vitloka su ukazali na sličnost mehanizama koji putem fosforilizacije glatamergičkih AMPA receptora vode ka LTP-u i pamćenju negativnog ambijenta koje je miš predhodno naučio da izbegava. Iako indirektan, ovaj metod analogije je za sada jedini način da se uporedi ćelijski proces i ponašanje laboratorijskog subjekta. Razvoj snažnijih amplifikatora, bolje rezolucije tehnika imaging-a i novih tehnologija će sigurno pomoći i boljem razumevanju mehanizma LTP-a, a naročito njegovog značaja za više kognitivne funkcije.