Nastavení dlouhodobé paměti vyžaduje spolehlivou doručovací posádku

paměť

Mozek je zapojen do učení. S každou zkušeností se naše neurony rozvětvují, aby vytvořily nová spojení a položily obvody našich dlouhodobých vzpomínek. Vědci nazývají tento rys plasticitou, odkazující na schopnost přizpůsobit se a měnit se zkušenostmi.

Aby se stala plasticita, musí se neustále přetvářet a přizpůsobovat také synapse nebo spojovací body našich neuronů. Mechanika, která je základem synaptické plasticity neuronů, se stala jasnější díky novému výzkumu z laboratoře neurologa Scripps Research, neurologa Sathya Puthanveettil, Ph.D.

Vědci zjistili, že synaptická plasticita vyžaduje komplexní přenos z těla neuronu do jeho dendritických ramen a synaptických spojů. Stejně jako 24hodinový přístav a dálniční síť přepravuje vnitřní dopravní systém mikrotubulárních silnic a kurýrů podobných robotům životně důležitý náklad buňky na nejvzdálenější dosah. Přepravovaný náklad umožňuje sestavování ribozomálních organel, čtení různých instrukcí RNA a vytváření nových proteinů podle potřeby v dendritech.

Ve studii publikované 13. července v Zprávy CellTým Puthanveettil uvádí, že mezi kurýrními molekulami transportní sítě jsou dva členové rodiny Kinesin, KIF5C a KIF3A. Pokud je KIF5C vyřazen, tým zjistil, že schopnost neuronů rozvětvovat dendrity a vytvářet ostny přijímající vstup trpí. Zisk funkce pro Kif5C tyto vlastnosti vylepšuje.

První autor studie, Supriya Swarnkar, Ph.D., výzkumná pracovnice v laboratoři Puthanveettil, říká, že rozlišování podrobností těchto procesů ukazuje na možné příčiny neurologických poruch a nabízí nové směry léčby. Říká, že Kifs hraje důležitou roli.

"Schopnost utvářet vzpomínky závisí na správném fungování systému transportu neuronů na dlouhé vzdálenosti z těla buňky do synapse," říká Swarnkar. "A mnoho studií uvádí vazby mezi mutacemi v Kifs a neurologickými poruchami, včetně mentálního postižení, autismu a ALS."

Strukturálně se mnoho proteinů z rodiny Kinesinů podobá chůzi robota, něco ze sci-fi. Mají platformu pro přepravu nákladu a dva přívěsky podobné nohám, které se pohybují tam a zpět, pohybem vpřed, podél mikrotubulů. Ve skutečnosti jsou označovány jako molekulární stroje. Tito pozoruhodní chodící roboti se pohybují spolu s nákladem na zádech, dokud nedosáhnou svého cíle v synapse a nesloží své balíčky.

Existuje 46 různých druhů těchto molekulárních strojů, které se specializují na přepravu různých druhů nákladu, říká Puthanveettil. Vědci se začínají učit, které Kify přepravují jaký náklad.

Puthanveettilův tým očekával, že náklad KIF5C může obsahovat různé RNA. Bratranci DNA, kteří kódují geny a nacházejí se v jádru, RNA se přepisují z DNA, převádějí své genetické pokyny do cytoplazmy buňky, vytvářejí proteiny kódované geny a pomáhají regulovat buněčné aktivity. Každá jiná RNA má jinou práci.

Izolováním komplexů KIF5C a jejich nákladu a následným sekvenováním RNA dokumentovali kolem 650 různých RNA, které se spoléhají na kurýra KIF5C.

To významně zahrnovalo RNA, která poskytuje kód pro zahájení budování proteinu, nazývaný EIF3G. Pokud se neukáže, kdy a kde je to nutné, sloučeniny požadované pro plasticitu synapse se nevyrábějí. Schopnost předělávat synapse zkušenostmi a učit se je narušena, říká Puthanveettil.

Abychom lépe porozuměli úloze Kifů při dlouhodobém ukládání a vyvolání paměti, provedl tým studie ztráty i získání funkce jak v buňkách, tak u myší se zaměřením na dorzální hipokampální CA1 neurony, které se účastní více formy učení.

Studie na myších ukázaly, že ztráta KIF5C zmenšuje prostorovou a strachem spojenou paměť. Pokud je KIF5C posílen v dorzálním hipokampu, paměť je naopak vylepšena a zesílena. Buňky vykazovaly zesílení synaptického přenosu, arborizaci dendritických ramen, prodloužení podobné neuronům a erupci hřibů hub přijímajících signál. Hustota hřbetní houby souvisí s pamětí a synaptickou plasticitou.

Dohromady tento výzkum nabízí nové nápady pro řešení nejrůznějších neuropsychiatrických poruch. Intelektuální postižení, deprese, epilepsie, Alzheimerova choroba - cokoli, co by mohlo těžit z větší nebo menší exprese klíčových proteinů v dendritech neuronů, by mohlo reagovat na posílení nebo snížení těchto molekulárních kurýrů, říká Puthanveettil.