Η μακροπρόθεσμη ρύθμιση της μνήμης απαιτεί ένα αξιόπιστο πλήρωμα παράδοσης

μνήμη

Ο εγκέφαλος είναι ενσύρματο για μάθηση. Με κάθε εμπειρία, οι νευρώνες μας δημιουργούν νέες συνδέσεις, καθορίζοντας το κύκλωμα των μακροπρόθεσμων αναμνήσεών μας. Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτή την ιδιότητα πλαστικότητα, αναφερόμενη σε ικανότητα προσαρμογής και αλλαγής με την εμπειρία.

Για να συμβεί η πλαστικότητα, οι συνάψεις των νευρώνων ή τα σημεία σύνδεσης πρέπει επίσης να αναδιαμορφώνονται και να προσαρμόζονται συνεχώς. Οι μηχανικοί που διέπουν τη συναπτική πλαστικότητα των νευρώνων έγιναν σαφέστερες, χάρη στη νέα έρευνα από το εργαστήριο του νευροεπιστήμονα της Scripps Research Sathya Puthanveettil, Ph.D.

Οι επιστήμονες έμαθαν ότι η συναπτική πλαστικότητα απαιτεί ένα πολύπλοκο ρελέ από το σώμα των νευρώνων στους βραχίονες του δενδρίτη και στις συνδέσεις του. Όπως ένα 24ωρο λιμάνι και αυτοκινητόδρομο, ένα εσωτερικό σύστημα μεταφοράς με μικροσωληναγωγούς και ρομπότ που μοιάζουν με ρομπότ μεταφέρουν το ζωτικό φορτίο του κελιού στις πιο απομακρυσμένες του αποστάσεις. Το μεταφερόμενο φορτίο επιτρέπει στα ριβόσωμα οργανίδια να συγκεντρώνονται, να διαβάζουν διάφορες οδηγίες RNA και να δημιουργούν νέες πρωτεΐνες, όπως απαιτείται στους δενδρίτες.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 13 Ιουλίου Αναφορές τηλέφωνα, Η ομάδα του Puthanveettil αναφέρει ότι μεταξύ των μορίων ταχυμεταφορών του δικτύου μεταφορών είναι δύο μέλη της οικογένειας Kinesin, KIF5C και KIF3A. Εάν το KIF5C χτυπηθεί, η ομάδα διαπίστωσε, η ικανότητα των νευρώνων να διακλαδώσουν δενδρίτες και να σχηματίσουν σπονδυλικές στήλες λήψης εισόδου. Ένα κέρδος λειτουργίας στο Kif5C βελτιώνει αυτά τα χαρακτηριστικά.

Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Supriya Swarnkar, Ph.D., ερευνητικός συνεργάτης στο εργαστήριο Puthanveettil, λέει ότι η διάκριση των λεπτομερειών αυτών των διαδικασιών δείχνει πιθανές αιτίες νευρολογικών διαταραχών και προσφέρει νέες κατευθύνσεις για τη θεραπεία. Τα Kifs παίζουν σημαντικό ρόλο, λέει.

«Η ικανότητα σχηματισμού αναμνήσεων εξαρτάται από τη σωστή λειτουργία του συστήματος μεταφοράς μεγάλων αποστάσεων του νευρώνα από το κυτταρικό σώμα έως τη σύναψη», λέει ο Swarnkar. "Και πολλές μελέτες έχουν αναφέρει συνδέσεις μεταξύ μεταλλάξεων σε Kif και νευρολογικών διαταραχών, συμπεριλαμβανομένης της διανοητικής αναπηρίας, του αυτισμού και του ALS."

Δομικά, πολλές από τις πρωτεΐνες της οικογένειας Kinesin μοιάζουν με ρομπότ με τα πόδια, κάτι από την επιστημονική φαντασία. Έχουν μια πλατφόρμα για τη μεταφορά φορτίου, και δύο προσαρτήματα τύπου ποδιού που κινούνται μπρος-πίσω, σε κίνηση προς τα εμπρός, κατά μήκος μικροσωληνίσκων. Στην πραγματικότητα, αναφέρονται ως μοριακές μηχανές. Αυτά τα αξιόλογα ρομπότ πεζοπορίας κινούνται μαζί με το φορτίο τους στην πλάτη τους, μέχρι να φτάσουν στον προορισμό της σύναψης και να καταθέσουν τα πακέτα τους.

Υπάρχουν 46 διαφορετικά είδη αυτών των μοριακών μηχανών, εξειδικευμένα για τη μεταφορά διαφορετικών τύπων φορτίου, λέει ο Puthanveettil. Οι επιστήμονες αρχίζουν να μαθαίνουν ποια Kif φέρουν ποιο φορτίο.

Η ομάδα του Puthanveettil ανέμενε ότι το φορτίο του KIF5C ενδέχεται να περιλαμβάνει διάφορα RNA. Οι ξάδερφοι του DNA, που κωδικοποιούν γονίδια και κατοικούν στον πυρήνα, RNA μεταγράφονται από το DNA, μεταφέρουν τις γενετικές του οδηγίες στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, δημιουργούν πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από τα γονίδια και βοηθούν στη ρύθμιση των κυτταρικών δραστηριοτήτων. Κάθε διαφορετικό RNA έχει διαφορετική δουλειά.

Απομονώνοντας σύμπλοκα του KIF5C και του φορτίου τους, και στη συνέχεια αλληλουχία του RNA, τεκμηρίωσαν περίπου 650 διαφορετικά RNA που βασίζονται στον KIF5C courier.

Σημαντικά, αυτό περιλάμβανε ένα RNA που παρέχει τον κώδικα για την έναρξη της δημιουργίας πρωτεϊνών, που ονομάζεται EIF3G. Εάν δεν εμφανιστεί πότε και όπου απαιτείται, δεν απαιτούνται ενώσεις που απαιτούνται για την πλαστικότητα της συνάψεως. Η ικανότητα αναδιαμόρφωσης της σύναψης με εμπειρία και μάθησης είναι μειωμένη, λέει ο Puthanveettil.

Για την καλύτερη κατανόηση του ρόλου των Kif στη μακροχρόνια αποθήκευση μνήμης και ανάκληση, η ομάδα πραγματοποίησε μελέτες απώλειας και κέρδους λειτουργίας τόσο σε κύτταρα όσο και σε ποντίκια, εστιάζοντας στους ραχιαίους νευρώνες CA1 του ιππόκαμπου που εμπλέκονται σε πολλαπλά μορφές μάθησης.

Οι μελέτες ποντικών έδειξαν ότι η απώλεια του KIF5C μειώνει τη χωρική μνήμη και τη σχετική με το φόβο μνήμη. Εάν το KIF5C ενισχύεται στον ραχιαίο ιππόκαμπο, από την άλλη πλευρά, η μνήμη ενισχύεται και ενισχύεται. Τα κύτταρα εμφάνισαν ενίσχυση της συναπτικής μετάδοσης, δενδροειδούς βραχίονα δενδρίτη, επεκτάσεις που μοιάζουν με βραχίονες νευρώνων και έκρηξη σπονδυλικής στήλης που λαμβάνει σήμα Η πυκνότητα της σπονδυλικής στήλης των μανιταριών σχετίζεται με τη μνήμη και τη συναπτική πλαστικότητα.

Συνολικά, η έρευνα προσφέρει νέες ιδέες για την αντιμετώπιση μιας ευρείας ποικιλίας νευροψυχιατρικών διαταραχών. Η διανοητική αναπηρία, η κατάθλιψη, η επιληψία, η νόσος του Αλτσχάιμερ - οτιδήποτε θα μπορούσε να ωφεληθεί από τη μεγαλύτερη ή μικρότερη έκφραση των βασικών πρωτεϊνών στους δενδρίτες των νευρώνων μπορεί να ανταποκριθεί στην ενίσχυση ή τη μείωση αυτών των μοριακών ταχυμεταφορών, λέει ο Puthanveettil.