Badanie odkrywa "klej molekularny", który promuje tworzenie i stabilizację pamięci

Niezależnie od tego, czy to nasza pierwsza wizyta w zoo, czy moment, w którym nauczyliśmy się jeździć na rowerze, mamy wspomnienia z dzieciństwa, które trwają całe życie. Ale co sprawia, że te wspomnienia trwają tak długo?

Badanie opublikowane w czasopiśmie Science Advances przez międzynarodowy zespół naukowców ujawniło biologiczną podstawę długotrwałej pamięci. Centralnym odkryciem była rola cząsteczki KIBRA, która działa jak „klej” dla innych cząsteczek, cementując w ten sposób powstawanie wspomnień.

„Poprzednie próby zrozumienia, w jaki sposób cząsteczki przechowują długotrwałą pamięć, skupiały się na indywidualnych działaniach poszczególnych cząsteczek” – wyjaśnia Andre Fenton, profesor neurobiologii na Uniwersytecie Nowojorskim i jeden z głównych badaczy. „Nasze badanie pokazuje, w jaki sposób te cząsteczki oddziałują ze sobą, aby zapewnić trwałe przechowywanie wspomnień”.

„Lepsze zrozumienie tego, jak przechowujemy nasze wspomnienia, pomoże nam w podejmowaniu przyszłych działań na rzecz badania i leczenia zaburzeń związanych z pamięcią” – dodaje Todd Sacktor, profesor w SUNY Downstate Health Sciences i jeden z głównych badaczy.

Od dawna wiadomo, że neurony przechowują informacje w postaci wzorców silnych i słabych synaps, które określają łączność i funkcję sieci neuronowych. Jednak cząsteczki w synapsach są niestabilne, nieustannie przemieszczają się w neuronach, zużywają się i są zastępowane w ciągu kilku godzin lub dni, co rodzi pytanie: w jaki sposób wspomnienia mogą być stabilne przez lata lub dekady?

W modelu myszy naukowcy skupili się na roli KIBRA, białka wyrażanego w nerkach i mózgu, którego warianty genetyczne są powiązane zarówno z dobrą, jak i złą pamięcią. Badali, w jaki sposób KIBRA wchodzi w interakcje z innymi cząsteczkami ważnymi dla formowania pamięci, w tym przypadku kinazą białkową Mzeta (PKMzeta). Ten enzym jest kluczową cząsteczką wzmacniającą normalne synapsy u ssaków, ale rozpada się po kilku dniach.

Eksperymenty wykazały, że KIBRA jest „brakującym ogniwem” w pamięci długotrwałej, działając jako „stały znacznik synaptyczny” lub klej, który przyłącza się do silnych synaps i PKMzeta, omijając jednocześnie słabe synapsy.

„Kiedy pamięć jest formowana, synapsy biorące udział w tym procesie są aktywowane, a KIBRA jest selektywnie umieszczana w tych synapsach” – wyjaśnia Sacktor, profesor fizjologii, farmakologii, anestezjologii i neurobiologii na SUNY Downstate. „PKMzeta następnie przyłącza się do znacznika synaptycznego KIBRA i utrzymuje te synapsy silnymi. Pozwala to synapsom przykleić się do nowo utworzonego KIBRA, przyciągając więcej nowo utworzonego PKMzeta”.

Dokładniej rzecz ujmując, ich eksperymenty opisane w artykule w czasopiśmie Science Advances pokazują, że zerwanie połączenia KIBRA-PKMzeta powoduje wymazanie starych wspomnień.

Poprzednie badania wykazały, że losowe wzrosty PKMzeta w mózgu poprawiają słabe lub zanikające wspomnienia, co było zagadkowe, ponieważ działałyby w losowych lokalizacjach. Trwałe znakowanie synaptyczne przez KIBRA wyjaśnia, dlaczego dodatkowe PKMzeta poprawiały pamięć, działając tylko w lokalizacjach oznaczonych przez KIBRA.

„Mechanizm trwałego znakowania synaptycznego wyjaśnia po raz pierwszy te odkrycia, które mają kliniczne implikacje dla neurologicznych i psychiatrycznych zaburzeń pamięci” – powiedział Fenton, który również pracuje w Instytucie Neurologii w Centrum Medycznym Langone przy Uniwersytecie Nowojorskim.

Autorzy artykułu zauważają, że badanie potwierdza koncepcję wprowadzoną w 1984 r. przez Francisa Cricka. Sacktor i Fenton wskazują, że jego hipotezą wyjaśniającą rolę mózgu w przechowywaniu pamięci pomimo ciągłych zmian komórkowych i molekularnych jest mechanizm „Statku Tezeusza” – filozoficzny argument z mitologii greckiej, w którym nowe deski zastępują stare, aby podtrzymywać „Statek Tezeusza” przez lata.

„Mechanizm trwałego znakowania synaptycznego jest analogiczny do sposobu, w jaki nowe płyty zastępują stare płyty, aby utrzymać Statek Tezeusza przez pokolenia, i pozwala na przetrwanie wspomnień przez lata, nawet jeśli białka, które podtrzymują pamięć, zostaną zastąpione” – mówi Sacktor.

„Francis Crick intuicyjnie przewidział ten mechanizm statku Tezeusza, przewidując nawet rolę kinazy białkowej. Ale odkrycie, że składnikami były KIBRA i PKMzeta, i ustalenie mechanizmu, za pomocą którego oddziałują na siebie, zajęło 40 lat”.