Konfiguracja pamięci długoterminowej wymaga niezawodnego zespołu dostawczego

pamięć

Mózg jest przystosowany do uczenia się. Z każdym doświadczeniem nasze neurony rozgałęziają się, aby tworzyć nowe połączenia, tworząc obwody naszych długotrwałych wspomnień. Naukowcy nazywają tę cechę plastycznością, odnosząc się do zdolności adaptacji i zmiany wraz z doświadczeniem.

Aby pojawiła się plastyczność, synapsy lub punkty połączeń naszych neuronów również muszą stale się przebudowywać i dostosowywać. Mechanika leżąca u podstaw plastyczności synaptycznej neuronów stała się jaśniejsza dzięki nowym badaniom przeprowadzonym w laboratorium dr. Sathyi Puthanveettil, neurobiolog Scripps Research.

Naukowcy odkryli, że plastyczność synaptyczna wymaga złożonego przekaźnika z ciała komórkowego neuronu do jego ramion dendrytycznych i połączeń synaps. Podobnie jak całodobowa sieć portów i autostrad, wewnętrzny system transportowy składający się z mikrotubul i przypominających robotów kurierów przewozi niezbędny ładunek komórki do najdalszych zakątków. Przewożony ładunek pozwala organelli rybosomalnych gromadzić się, odczytywać różne instrukcje RNA i budować nowe białka w dendrytach.

W badaniu opublikowanym 13 lipca w Raporty komórkoweZespół Puthanveettila donosi, że wśród cząsteczek kurierskich sieci transportowej znajdują się dwaj członkowie rodziny Kinesin, KIF5C i KIF3A. Zespół odkrył, że jeśli KIF5C zostanie znokautowany, ucierpi zdolność neuronów do rozgałęziania dendrytów i tworzenia kolców odbierających dane wejściowe. Zwiększenie funkcjonalności Kif5C poprawia te cechy.

Pierwsza autorka badania, dr Supriya Swarnkar, pracownik naukowy w laboratorium Puthanveettil, mówi, że rozpoznanie szczegółów tych procesów wskazuje na możliwe przyczyny zaburzeń neurologicznych i oferuje nowe kierunki leczenia. Kifs odgrywają ważną rolę, mówi.

„Zdolność do tworzenia wspomnień zależy od prawidłowego funkcjonowania systemu transportu na duże odległości neuronu z ciała komórki do synapsy” – mówi Swarnkar. „Wiele badań wykazało powiązania między mutacjami w Kifs a zaburzeniami neurologicznymi, w tym niepełnosprawnością intelektualną, autyzmem i ALS”.

Strukturalnie wiele białek z rodziny Kinesin przypomina chodzącego robota, coś z science fiction. Posiadają platformę do przenoszenia ładunku i dwa podobne do nóg wyrostki, które poruszają się w przód iw tył, w ruchu kroczącym do przodu, wzdłuż mikrotubul. W rzeczywistości nazywa się je maszynami molekularnymi. Te niezwykłe chodzące roboty poruszają się wraz z ładunkiem na plecach, aż dotrą do miejsca przeznaczenia synapsy i zdeponują swoje paczki.

Jak mówi Puthanveettil, istnieje 46 różnych rodzajów tych maszyn molekularnych, wyspecjalizowanych w przenoszeniu różnych rodzajów ładunków. Naukowcy zaczynają się dowiadywać, które Kif niosą jaki ładunek.

Zespół Puthanveettila przewidział, że ładunek KIF5C może zawierać różne RNA. Kuzyni DNA, które kodują geny i rezydują w jądrze, RNA są transkrybowane z DNA, przenoszą swoje instrukcje genetyczne do cytoplazmy komórki, budują białka kodowane przez geny i pomagają regulować aktywność komórki. Każdy inny RNA ma inne zadanie.

Izolując kompleksy KIF5C i ich ładunek, a następnie sekwencjonując RNA, udokumentowali około 650 różnych RNA, które są zależne od kuriera KIF5C.

Co istotne, obejmowało to RNA, które dostarcza kod inicjujący budowę białka, zwany EIF3G. Jeśli nie pojawia się, kiedy i gdzie jest to potrzebne, związki wymagane do plastyczności synaps nie są wytwarzane. Zdolność do przebudowy synapsy za pomocą doświadczenia i uczenia się jest osłabiona, mówi Puthanveettil.

Aby lepiej zrozumieć rolę Kifs w przechowywaniu i przywoływaniu pamięci długotrwałej, zespół przeprowadził badania zarówno utraty, jak i wzmocnienia funkcji zarówno na komórkach, jak i na myszach, koncentrując się na neuronach CA1 grzbietu hipokampa, które są zaangażowane w wiele formy uczenia się.

Badania na myszach wykazały, że utrata KIF5C zmniejsza pamięć przestrzenną i związaną ze strachem. Z drugiej strony, jeśli KIF5C zostanie wzmocniony w hipokampie grzbietowym, pamięć zostanie wzmocniona i wzmocniona. Komórki wykazały wzmocnienie transmisji synaptycznej, arboryzację ramion dendrytów, wydłużenia przypominające ramiona neuronów i erupcję odbierających sygnał kolców grzybów. Gęstość kolców grzybowych jest skorelowana z pamięcią i plastycznością synaptyczną.

Podsumowując, badania dostarczają nowych pomysłów na radzenie sobie z szeroką gamą zaburzeń neuropsychiatrycznych. Niepełnosprawność intelektualna, depresja, padaczka, choroba Alzheimera – wszystko, co mogłoby skorzystać na większej lub mniejszej ekspresji kluczowych białek w dendrytach neuronów, może reagować na zwiększenie lub zmniejszenie liczby tych molekularnych kurierów, mówi Puthanveettil.