Nastavenie dlhodobej pamäte vyžaduje spoľahlivú doručovaciu posádku

Pamäť

Mozog je zapojený do učenia. S každou skúsenosťou sa naše neuróny rozvetvujú, aby vytvorili nové spojenia a položili obvody našich dlhodobých spomienok. Vedci nazývajú túto vlastnosť plasticitou, pričom poukazujú na schopnosť adaptovať sa a meniť so skúsenosťami.

Aby sa stala plasticita, musia sa neustále pretvárať a prispôsobovať aj synapsie alebo spojovacie body našich neurónov. Mechanika, ktorá je základom synaptickej plasticity neurónov, sa stala zreteľnejšou vďaka novému výskumu z laboratória neurológa Scripps Research Sathya Puthanveettil, Ph.D.

Vedci zistili, že synaptická plasticita si vyžaduje komplexné prenášanie z tela neurónu na jeho dendritické ramená a synaptické spojenia. Rovnako ako 24-hodinový prístav a diaľničná sieť, aj vnútorný dopravný systém ciest s mikrotubulami a robotickí kuriéri dopravujú životne dôležitý náklad bunky na jej najvzdialenejšie miesta. Prepravovaný náklad umožňuje ribozómovým organelám zhromažďovať sa, čítať rôzne pokyny RNA a podľa potreby vytvárať nové proteíny v dendritoch.

V štúdii zverejnenej 13. júla v Mobilné SprávyTím Puthanveettil uvádza, že medzi kuriérskymi molekulami transportnej siete sú dvaja členovia rodiny Kinesin, KIF5C a KIF3A. Ak je KIF5C vyradený, zistil tím, že trpí schopnosť neurónov vetviť dendrity a vytvárať tŕne prijímajúce vstup. Zisk funkcie pre Kif5C zlepšuje tieto vlastnosti.

Prvá autorka štúdie, Supriya Swarnkar, Ph.D., vedecká pracovníčka v laboratóriu Puthanveettil, hovorí, že rozlišovanie podrobností o týchto procesoch poukazuje na možné príčiny neurologických porúch a ponúka nové smery liečby. Hovorí, že Kifs hrá dôležitú úlohu.

"Schopnosť formovať spomienky závisí od správneho fungovania systému transportu neurónov na dlhé vzdialenosti od tela bunky po synapsu," hovorí Swarnkar. "A veľa štúdií uvádza spojitosti medzi mutáciami v Kifs a neurologickými poruchami vrátane mentálneho postihnutia, autizmu a ALS."

Štrukturálne veľa proteínov z rodiny Kinesinov pripomína chodiaceho robota, niečo zo sci-fi. Majú plošinu na prepravu nákladu a dva prívesky podobné nohám, ktoré sa pohybujú tam a späť vpred v pohybe pozdĺž mikrotubulov. V skutočnosti sa označujú ako molekulárne stroje. Títo pozoruhodní kráčajúci roboti sa pohybujú spolu s nákladom na chrbte, kým nedorazia do cieľa synapsie a nezloží svoje balíčky.

Existuje 46 rôznych druhov týchto molekulárnych strojov špecializovaných na prepravu rôznych druhov nákladu, hovorí Puthanveettil. Vedci sa začínajú dozvedať, ktoré Kify nesú ktorý náklad.

Tím Puthanveettil predpokladal, že náklad KIF5C môže obsahovať rôzne RNA. Bratranci DNA, ktorí kódujú gény a prebývajú v jadre, RNA sa transkribujú z DNA, prenášajú svoje genetické pokyny do bunkovej cytoplazmy, vytvárajú proteíny kódované génmi a pomáhajú regulovať aktivity buniek. Každá iná RNA má inú prácu.

Izoláciou komplexov KIF5C a ich nákladu a následným sekvenovaním RNA dokumentovali okolo 650 rôznych RNA, ktoré sa spoliehajú na kuriéra KIF5C.

To významne zahŕňalo RNA, ktorá poskytuje kód na zahájenie tvorby proteínov, nazývaný EIF3G. Ak sa neukáže, kedy a kde je to potrebné, zlúčeniny požadované pre plasticitu synapsie sa nevyrábajú. Schopnosť remodelovať synapsu so skúsenosťami a učiť sa je narušená, hovorí Puthanveettil.

Aby sme lepšie porozumeli úlohe Kifovcov pri dlhodobom uchovávaní a pripomínaní si pamäti, tím uskutočnil štúdie straty a zisku z funkcie tak v bunkách, ako aj u myší, so zameraním na dorzálne hipokampálne neuróny CA1, ktoré sú zapojené do viacerých formy učenia.

Štúdie na myšiach preukázali, že strata KIF5C znižuje priestorovú pamäť a strach súvisiaci. Ak je KIF5C posilnený v dorzálnom hipokampe, na druhej strane sa zvyšuje pamäť a zosilňuje sa. Bunky vykazovali zosilnenie synaptického prenosu, arborizáciu dendritických ramien, predĺženie podobné neurónom ako ramienko a erupciu hubových tŕňov prijímajúcich signál. Hustota chrbtice húb koreluje s pamäťou a synaptickou plasticitou.

Dohromady tento výskum ponúka nové nápady týkajúce sa riešenia najrôznejších neuropsychiatrických porúch. Mentálne postihnutie, depresia, epilepsia, Alzheimerova choroba - čokoľvek, čo by mohlo ťažiť z väčšej alebo menšej expresie kľúčových proteínov v dendritoch neurónov, by mohlo reagovať na posilnenie alebo zníženie týchto molekulárnych kuriérov, hovorí Puthanveettil.