Penyiapan memori jangka panjang membutuhkan kru pengiriman yang andal

ingatan

Otak terhubung untuk belajar. Dengan setiap pengalaman, neuron kita bercabang untuk membuat koneksi baru, meletakkan sirkuit ingatan jangka panjang kita. Para ilmuwan menyebut sifat ini plastisitas, mengacu pada kemampuan untuk beradaptasi dan berubah dengan pengalaman.

Agar plastisitas terjadi, sinapsis neuron kita, atau titik koneksi, harus terus-menerus merombak dan beradaptasi juga. Mekanisme yang mendasari plastisitas sinaptik neuron telah menjadi lebih jelas, berkat penelitian baru dari lab ilmuwan saraf Scripps Research Sathya Puthanveettil, Ph.D.

Para ilmuwan telah mempelajari bahwa plastisitas sinaptik membutuhkan relai kompleks dari badan sel neuron ke lengan dendrit dan sambungan sinapsnya. Seperti jaringan pelabuhan dan jalan raya 24 jam, sistem transportasi internal jalan mikrotubulus dan kurir seperti robot mengantar muatan vital sel ke jangkauan terjauhnya. Kargo yang diangkut memungkinkan organel ribosom untuk berkumpul, membaca berbagai instruksi RNA, dan membangun protein baru sesuai kebutuhan dalam dendrit.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 13 Juli di Laporan sel, tim Puthanveettil melaporkan bahwa di antara molekul kurir jaringan transportasi adalah dua anggota keluarga Kinesin, KIF5C dan KIF3A. Jika KIF5C tersingkir, tim menemukan, kemampuan neuron untuk membuat cabang dendrit dan membentuk duri penerima input akan berkurang. Penguatan fungsi ke Kif5C meningkatkan sifat-sifat ini.

Penulis pertama studi tersebut, Supriya Swarnkar, Ph.D., seorang rekan peneliti di lab Puthanveettil, mengatakan melihat detail dari proses ini menunjukkan kemungkinan penyebab gangguan neurologis, dan menawarkan arahan baru untuk pengobatan. Kif memainkan peran penting, katanya.

"Kemampuan untuk membentuk ingatan tergantung pada berfungsinya sistem transportasi jarak jauh neuron dari badan sel ke sinaps," kata Swarnkar. "Dan banyak penelitian telah melaporkan hubungan antara mutasi pada Kifs dan gangguan neurologis, termasuk cacat intelektual, autisme dan ALS."

Secara struktural, banyak protein keluarga Kinesin menyerupai robot berjalan, sesuatu dari fiksi ilmiah. Mereka memiliki platform untuk membawa kargo, dan dua pelengkap seperti kaki yang bergerak maju mundur, dalam gerakan berjalan ke depan, di sepanjang mikrotubulus. Bahkan, mereka disebut sebagai mesin molekuler. Robot berjalan yang luar biasa ini bergerak dengan muatan di punggung mereka, sampai mereka mencapai tujuan sinaps dan menyimpan paket mereka.

Ada 46 jenis mesin molekuler yang berbeda, khusus untuk membawa berbagai jenis kargo, kata Puthanveettil. Para ilmuwan mulai mempelajari Kif mana yang membawa kargo mana.

Tim Puthanveettil mengantisipasi bahwa kargo KIF5C mungkin mencakup berbagai RNA. Sepupu DNA, yang mengkodekan gen dan berada di dalam nukleus, RNA ditranskripsi dari DNA, membawa instruksi genetiknya ke sitoplasma sel, membangun protein yang dikodekan oleh gen, dan membantu mengatur aktivitas sel. Setiap RNA yang berbeda memiliki pekerjaan yang berbeda.

Dengan mengisolasi kompleks KIF5C dan muatannya, dan kemudian mengurutkan RNA, mereka mendokumentasikan sekitar 650 RNA berbeda yang bergantung pada kurir KIF5C.

Secara signifikan, ini termasuk RNA yang menyediakan kode untuk memulai pembentukan protein, yang disebut EIF3G. Jika tidak muncul kapan dan di mana diperlukan, senyawa yang diperlukan untuk plastisitas sinaps tidak dibuat. Kemampuan untuk merombak sinaps dengan pengalaman dan belajar terganggu, kata Puthanveettil.

Untuk lebih memahami peran Kifs dalam penyimpanan dan ingatan memori jangka panjang, tim melakukan studi kehilangan dan keuntungan fungsi baik dalam sel maupun pada tikus, dengan fokus pada neuron CA1 hippocampal dorsal yang terlibat dalam beberapa bentuk-bentuk pembelajaran.

Studi tikus menunjukkan bahwa hilangnya KIF5C mengurangi memori spasial dan rasa takut. Jika KIF5C ditingkatkan di hippocampus dorsal, di sisi lain, memori ditingkatkan dan diperkuat. Sel-sel menunjukkan peningkatan transmisi sinaptik, arborisasi lengan dendrit, ekstensi seperti lengan neuron, dan erupsi duri jamur penerima sinyal. Kepadatan tulang belakang jamur berkorelasi dengan memori dan plastisitas sinaptik.

Secara keseluruhan, penelitian ini menawarkan ide-ide baru untuk mengatasi berbagai macam gangguan neuropsikiatri. Cacat intelektual, depresi, epilepsi, penyakit Alzheimer—segala sesuatu yang dapat diuntungkan dari ekspresi protein kunci yang lebih besar atau lebih kecil dalam dendrit neuron mungkin merespons peningkatan atau pengurangan kurir molekuler ini, kata Puthanveettil.

Detonic