Voor het instellen van het langetermijngeheugen is een betrouwbare bezorgploeg nodig

geheugen

De hersenen zijn bedraad om te leren. Bij elke ervaring vertakken onze neuronen zich om nieuwe verbindingen te maken, waardoor het circuit van onze langetermijnherinneringen wordt vastgelegd. Wetenschappers noemen deze eigenschap plasticiteit, verwijzend naar het vermogen om zich aan te passen en te veranderen met ervaring.

Om plasticiteit te laten plaatsvinden, moeten de synapsen of verbindingspunten van onze neuronen voortdurend worden vernieuwd en aangepast. De mechanica die ten grondslag ligt aan de synaptische plasticiteit van neuronen is duidelijker geworden, dankzij nieuw onderzoek van het laboratorium van Scripps Research-neurowetenschapper Sathya Puthanveettil, Ph.D.

Wetenschappers hebben geleerd dat synaptische plasticiteit een complex relais vereist van het cellichaam van het neuron naar zijn dendrietarmen en zijn synapsovergangen. Net als een 24-uurs haven- en snelwegnetwerk, brengt een intern transportsysteem van microtubuli-wegen en robotachtige koeriers de vitale lading van de cel naar de verste uithoeken. De vervoerde lading stelt ribosoomorganellen in staat om te assembleren, verschillende RNA-instructies te lezen en zo nodig nieuwe eiwitten in de dendrieten te bouwen.

In een studie gepubliceerd op 13 juli in Cell Reports, meldt het team van Puthanveettil dat zich onder de koeriersmoleculen van het transportnetwerk twee leden van de Kinesin-familie bevinden, KIF5C en KIF3A. Als KIF5C wordt uitgeschakeld, ontdekte het team, lijdt het vermogen van de neuronen om dendrieten te vertakken en input-ontvangende stekels te vormen. Een functiewinst voor Kif5C verbetert deze eigenschappen.

De eerste auteur van de studie, Supriya Swarnkar, Ph.D., een onderzoeksmedewerker in het Puthanveettil-lab, zegt dat het onderscheiden van de details van deze processen wijst op mogelijke oorzaken van neurologische aandoeningen en nieuwe richtingen voor de behandeling biedt. Kifs spelen een belangrijke rol, zegt ze.

"Het vermogen om herinneringen te vormen hangt af van de goede werking van het langeafstandstransportsysteem van het neuron van het cellichaam naar de synaps", zegt Swarnkar. "En veel studies hebben verbanden gemeld tussen mutaties in Kifs en neurologische aandoeningen, waaronder verstandelijke beperking, autisme en ALS."

Structureel lijken veel eiwitten van de Kinesin-familie op een lopende robot, iets uit sciencefiction. Ze hebben een platform om vracht te vervoeren en twee beenachtige aanhangsels die heen en weer bewegen, in een voorwaartse beweging, langs microtubuli. In feite worden ze moleculaire machines genoemd. Deze opmerkelijke lopende robots bewegen zich voort met hun lading op hun rug, totdat ze hun synapsbestemming bereiken en hun pakketten deponeren.

Er zijn 46 verschillende soorten van deze moleculaire machines, gespecialiseerd om verschillende soorten vracht te vervoeren, zegt Puthanveettil. Wetenschappers beginnen erachter te komen welke Kifs welke lading vervoeren.

Het team van Puthanveettil verwachtte dat de lading van KIF5C verschillende RNA's zou kunnen bevatten. Neven van DNA, die voor genen coderen en zich in de kern bevinden, RNA's worden getranscribeerd van DNA, brengen de genetische instructies naar het cytoplasma van de cel, bouwen eiwitten op die door de genen worden gecodeerd en helpen bij het reguleren van celactiviteiten. Elk verschillend RNA heeft een andere taak.

Door complexen van KIF5C en hun lading te isoleren en vervolgens het RNA te sequencen, documenteerden ze ongeveer 650 verschillende RNA's die afhankelijk zijn van de KIF5C-koerier.

Het is veelbetekenend dat dit een RNA omvatte dat de code levert om eiwitopbouw te initiëren, genaamd EIF3G. Als het niet verschijnt wanneer en waar nodig, worden er geen verbindingen gemaakt die nodig zijn voor synapsplasticiteit. Het vermogen om de synaps te verbouwen met ervaring en te leren is aangetast, zegt Puthanveettil.

Om de rol van de Kifs bij het opslaan en terugroepen van geheugen op de lange termijn beter te begrijpen, voerde het team zowel verlies- als functiewinstonderzoeken uit, zowel in cellen als bij muizen, waarbij de nadruk lag op de dorsale hippocampale CA1-neuronen die betrokken zijn bij meerdere vormen van leren.

De muisstudies toonden aan dat het verlies van KIF5C het ruimtelijk en met angst geassocieerd geheugen vermindert. Als KIF5C daarentegen wordt versterkt in de dorsale hippocampus, wordt het geheugen verbeterd en versterkt. De cellen vertoonden een verbetering van de synaptische transmissie, arborisatie van dendrietarmen, de armachtige extensies van de neuronen en de uitbarsting van signaalontvangende paddenstoelenstekels. De dichtheid van de paddenstoelrug is gecorreleerd met geheugen en synaptische plasticiteit.

Alles bij elkaar biedt het onderzoek nieuwe ideeën voor de aanpak van een breed scala aan neuropsychiatrische stoornissen. Intellectuele achterstand, depressie, epilepsie, de ziekte van Alzheimer - alles dat baat zou kunnen hebben bij meer of minder expressie van belangrijke eiwitten in de dendrieten van neuronen, zou kunnen reageren op een versterking of afname van deze moleculaire koeriers, zegt Puthanveettil.