Penyediaan memori jangka panjang memerlukan kru penghantaran yang boleh dipercayai

memori

Otak disambungkan untuk belajar. Dengan setiap pengalaman, neuron kita membuat hubungan baru, meletakkan rangkaian ingatan jangka panjang kita. Para saintis memanggil keplastikan sifat ini, merujuk kepada kemampuan untuk menyesuaikan diri dan berubah dengan pengalaman.

Agar keplastikan berlaku, sinaps atau titik sambungan neuron kita mesti sentiasa merombak dan menyesuaikan diri. Mekanik yang mendasari keplastikan sinaptik neuron menjadi lebih jelas, berkat penyelidikan baru dari makmal pakar sains saraf Scripps Research, Sathya Puthanveettil, Ph.D.

Para saintis telah mengetahui bahawa keplastikan sinaptik memerlukan geganti kompleks dari badan sel neuron ke lengan dendrit dan persimpangan sinapsinya. Seperti rangkaian pelabuhan dan lebuh raya 24 jam, sistem pengangkutan dalaman jalan mikrotubulus dan kurir seperti robot mengangkut kargo penting sel ke jarak terjauh. Kargo yang diangkut membolehkan organel ribosom berkumpul, membaca pelbagai arahan RNA, dan membina protein baru yang diperlukan dalam dendrit.

Dalam kajian yang diterbitkan pada 13 Julai di Laporan sel, Pasukan Puthanveettil melaporkan bahawa di antara molekul kurier rangkaian pengangkutan adalah dua anggota keluarga Kinesin, KIF5C dan KIF3A. Sekiranya KIF5C tersingkir, pasukan itu mendapati, kemampuan neuron untuk mengeluarkan dendrit dan membentuk tulang belakang yang menerima input menderita. Perolehan fungsi untuk Kif5C meningkatkan sifat ini.

Pengarang pertama kajian itu, Supriya Swarnkar, Ph.D., rakan penyelidikan di makmal Puthanveettil, mengatakan bahawa mengetahui perincian proses ini menunjukkan kemungkinan penyebab gangguan neurologi, dan menawarkan petunjuk baru untuk rawatan. Kif memainkan peranan penting, katanya.

"Kemampuan untuk membentuk kenangan bergantung pada fungsi yang tepat dari sistem pengangkutan jarak jauh neuron dari badan sel ke sinaps," kata Swarnkar. "Dan banyak kajian telah melaporkan hubungan antara mutasi pada Kif dan gangguan neurologi, termasuk kecacatan intelektual, autisme dan ALS."

Secara struktural, banyak protein keluarga Kinesin menyerupai robot berjalan, sesuatu dari fiksyen sains. Mereka memiliki platform untuk membawa kargo, dan dua pelengkap seperti kaki yang bergerak maju-mundur, dalam gerakan berjalan ke depan, di sepanjang mikrotubulus. Sebenarnya, mereka disebut sebagai mesin molekul. Robot berjalan yang luar biasa ini bergerak bersama kargo mereka di belakang mereka, sehingga mereka sampai ke destinasi sinaps mereka dan menyimpan bungkusan mereka.

Terdapat 46 jenis mesin molekul ini, khusus untuk membawa pelbagai jenis kargo, kata Puthanveettil. Para saintis mula mengetahui Kif yang membawa muatan mana.

Pasukan Puthanveettil menjangkakan bahawa kargo KIF5C mungkin termasuk pelbagai RNA. Sepupu DNA, yang menyandikan gen dan berada di dalam nukleus, RNA ditranskripsikan dari DNA, membawa petunjuk genetiknya ke sitoplasma sel, membangun protein yang dikodkan oleh gen, dan membantu mengatur aktiviti sel. Setiap RNA berbeza mempunyai pekerjaan yang berbeza.

Dengan mengasingkan kompleks KIF5C dan kargo mereka, dan kemudian mengurutkan RNA, mereka mendokumentasikan sekitar 650 RNA berbeza yang bergantung pada kurir KIF5C.

Yang penting, ini termasuk RNA yang memberikan kod untuk memulakan pembinaan protein, yang disebut EIF3G. Sekiranya tidak muncul bila dan di mana diperlukan, sebatian yang diperlukan untuk keplastikan sinaps tidak dibuat. Keupayaan untuk merombak sinaps dengan pengalaman dan belajar terganggu, kata Puthanveettil.

Untuk lebih memahami peranan Kif dalam penyimpanan memori dan penarikan memori jangka panjang, pasukan ini melakukan kajian kehilangan dan keuntungan fungsi pada sel dan pada tikus, dengan fokus pada neuron CA1 hippocampal dorsal yang terlibat dalam beberapa bentuk pembelajaran.

Kajian tikus menunjukkan bahawa kehilangan KIF5C mengurangkan memori ruang dan ketakutan. Sekiranya KIF5C ditingkatkan di hippocampus dorsal, sebaliknya, memori akan ditingkatkan dan diperkuat. Sel menunjukkan peningkatan transmisi sinaptik, arborisasi lengan dendrit, sambungan seperti lengan neuron, dan letusan duri jamur penerima isyarat. Ketumpatan tulang belakang cendawan berkorelasi dengan memori dan keplastikan sinaptik.

Secara bersama, penyelidikan ini menawarkan idea baru untuk menangani pelbagai gangguan neuropsikiatrik. Kecacatan intelektual, kemurungan, epilepsi, penyakit Alzheimer - apa-apa yang boleh mendapat manfaat daripada ekspresi protein utama yang lebih besar atau lebih rendah dalam dendrit neuron mungkin bertindak balas terhadap peningkatan atau pengurangan kurir molekul ini, kata Puthanveettil.