Die Einrichtung des Langzeitgedächtnisses erfordert eine zuverlässige Liefermannschaft

Erinnerung

Das Gehirn ist zum Lernen verdrahtet. Mit jeder Erfahrung verzweigen sich unsere Neuronen, um neue Verbindungen herzustellen und die Schaltkreise unseres Langzeitgedächtnisses festzulegen. Wissenschaftler nennen diese Eigenschaft Plastizität und beziehen sich auf die Fähigkeit, sich mit Erfahrung anzupassen und zu verändern.

Damit Plastizität entstehen kann, müssen sich auch die Synapsen oder Verbindungspunkte unserer Neuronen ständig umbauen und anpassen. Die Mechanismen, die der synaptischen Plastizität von Neuronen zugrunde liegen, sind dank neuer Forschungen aus dem Labor des Neurowissenschaftlers Sathya Puthanveettil von Scripps Research, Ph.D.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die synaptische Plastizität eine komplexe Weiterleitung vom Zellkörper des Neurons zu seinen Dendritenarmen und seinen Synapsenverbindungen erfordert. Wie ein 24-Stunden-Hafen- und Autobahnnetz transportiert ein internes Transportsystem aus Mikrotubuli-Straßen und roboterähnlichen Kurieren die lebenswichtige Fracht der Zelle in die entlegensten Winkel. Die transportierte Fracht ermöglicht es den Ribosomen-Organellen, sich zusammenzusetzen, verschiedene RNA-Anweisungen zu lesen und nach Bedarf neue Proteine ​​in den Dendriten aufzubauen.

In einer am 13. Juli in XNUMX veröffentlichten Studie Cell Reports, berichtet Puthanveettils Team, dass sich unter den Kuriermolekülen des Transportnetzwerks zwei Mitglieder der Kinesin-Familie, KIF5C und KIF3A, befinden. Wenn KIF5C ausgeschaltet wird, leidet die Fähigkeit der Neuronen, Dendriten zu verzweigen und Input-empfangende Stacheln zu bilden, so das Team. Ein Funktionsgewinn von Kif5C verbessert diese Eigenschaften.

Die Erstautorin der Studie, Supriya Swarnkar, Ph.D., eine wissenschaftliche Mitarbeiterin im Labor von Puthanveettil, sagt, dass das Erkennen der Details dieser Prozesse auf mögliche Ursachen neurologischer Störungen hinweist und neue Richtungen für die Behandlung aufzeigt. Kifs spielen eine wichtige Rolle, sagt sie.

„Die Fähigkeit, Erinnerungen zu bilden, hängt vom ordnungsgemäßen Funktionieren des Ferntransportsystems des Neurons vom Zellkörper zur Synapse ab“, sagt Swarnkar. „Und viele Studien haben über Verbindungen zwischen Mutationen in Kifs und neurologischen Störungen, einschließlich geistiger Behinderung, Autismus und ALS, berichtet.“

Strukturell ähneln viele Proteine ​​der Kinesin-Familie einem Laufroboter, etwas aus der Science-Fiction. Sie haben eine Plattform zum Tragen von Fracht und zwei beinähnliche Anhängsel, die sich in einer Vorwärtsbewegung entlang von Mikrotubuli hin und her bewegen. Tatsächlich werden sie als molekulare Maschinen bezeichnet. Diese bemerkenswerten Laufroboter bewegen sich mit ihrer Fracht auf dem Rücken, bis sie ihr Synapsenziel erreichen und ihre Pakete deponieren.

Es gibt 46 verschiedene Arten dieser molekularen Maschinen, die darauf spezialisiert sind, verschiedene Arten von Fracht zu transportieren, sagt Puthanveettil. Wissenschaftler beginnen zu lernen, welche Kifs welche Fracht tragen.

Puthanveettils Team ging davon aus, dass die Fracht von KIF5C verschiedene RNAs enthalten könnte. Verwandte der DNA, die Gene kodieren und sich im Zellkern befinden, RNAs werden von der DNA transkribiert, übertragen ihre genetischen Anweisungen in das Zytoplasma der Zelle, bauen Proteine, die von den Genen kodiert werden, und helfen bei der Regulierung der Zellaktivitäten. Jede unterschiedliche RNA hat eine andere Aufgabe.

Indem sie Komplexe von KIF5C und ihrer Fracht isolierten und dann die RNA sequenzierten, dokumentierten sie rund 650 verschiedene RNAs, die auf den KIF5C-Kurier angewiesen sind.

Bezeichnenderweise umfasste dies eine RNA, die den Code zur Initiierung des Proteinaufbaus liefert, genannt EIF3G. Wenn es nicht erscheint, wann und wo es benötigt wird, werden keine Verbindungen hergestellt, die für die Plastizität der Synapsen erforderlich sind. Die Fähigkeit, die Synapse mit Erfahrung umzugestalten und zu lernen, sei beeinträchtigt, sagt Puthanveettil.

Um die Rolle der Kifs bei der Langzeitgedächtnisspeicherung und -erinnerung besser zu verstehen, führte das Team sowohl Verlust- als auch Gewinnungsstudien sowohl in Zellen als auch in Mäusen durch und konzentrierte sich dabei auf die dorsalen hippocampalen CA1-Neuronen, die an multiplen Formen des Lernens.

Die Mausstudien zeigten, dass der Verlust von KIF5C das räumliche und angst-assoziierte Gedächtnis verringert. Wenn KIF5C dagegen im dorsalen Hippocampus geboostet wird, wird das Gedächtnis verbessert und verstärkt. Die Zellen zeigten eine Verbesserung der synaptischen Übertragung, eine Arborisierung von Dendritenarmen, die armähnlichen Verlängerungen der Neuronen und eine Eruption von signalempfangenden Pilzstacheln. Die Dichte der Pilzstachel korreliert mit dem Gedächtnis und der synaptischen Plastizität.

Zusammengenommen bietet die Forschung neue Ideen für die Behandlung einer Vielzahl von neuropsychiatrischen Erkrankungen. Geistige Behinderung, Depression, Epilepsie, Alzheimer-Krankheit – alles, was von einer stärkeren oder geringeren Expression von Schlüsselproteinen in den Dendriten der Neuronen profitieren könnte, könnte auf eine Verstärkung oder Verringerung dieser molekularen Kuriere reagieren, sagt Puthanveettil.