Študija odkriva "molekularno lepilo", ki spodbuja oblikovanje in stabilizacijo spomina

Naj bo to naš prvi obisk živalskega vrta ali trenutek, ko smo se naučili voziti kolo, imamo otroške spomine, ki trajajo vse življenje. Toda kaj poskrbi, da ti spomini trajajo tako dolgo?

Študija, objavljena v reviji Science Advances, ki jo je izvedla mednarodna skupina znanstvenikov, je razkrila biološko osnovo dolgoročnega spomina. Osrednje odkritje je bila vloga molekule KIBRA, ki deluje kot "lepilo" za druge molekule in s tem utrjuje nastanek spominov.

»Prejšnji poskusi razumevanja, kako molekule shranjujejo dolgoročne spomine, so se osredotočali na posamezna delovanja posameznih molekul,« pojasnjuje Andre Fenton, profesor nevroznanosti na Univerzi v New Yorku in eden vodilnih raziskovalcev. »Naša študija kaže, kako te molekule medsebojno delujejo, da zagotovijo trajno shranjevanje spominov.«

»Bolje razumevanje, kako shranjujemo spomine, bo pomagalo pri prihodnjih prizadevanjih za preučevanje in zdravljenje motenj, povezanih s spominom,« dodaja Todd Sacktor, profesor na SUNY Downstate Health Sciences in eden vodilnih raziskovalcev.

Že dolgo je znano, da nevroni shranjujejo informacije v vzorcih močnih in šibkih sinaps, ki določajo povezljivost in delovanje nevronskih mrež. Vendar pa so molekule v sinapsah nestabilne, se nenehno gibljejo znotraj nevronov, obrabljajo in nadomeščajo v nekaj urah ali dneh, kar sproža vprašanje: kako so lahko spomini stabilni skozi leta ali desetletja?

V mišjem modelu so se raziskovalci osredotočili na vlogo KIBRA, beljakovine, ki se izraža v ledvicah in možganih, katere genetske variante so povezane tako z dobrim kot slabim spominom. Preučevali so, kako KIBRA interagira z drugimi molekulami, pomembnimi za nastanek spomina, v tem primeru s proteinsko kinazo Mzeta (PKMzeta). Ta encim je ključna molekula za krepitev normalnih sinaps pri sesalcih, vendar se po nekaj dneh razgradi.

Poskusi so pokazali, da je KIBRA "manjkajoči člen" v dolgoročnih spominih, ki deluje kot "trajna sinaptična oznaka" ali lepilo, ki se veže na močne sinapse in PKMzeta, hkrati pa se izogiba šibkim sinapsam.

»Ko se oblikuje spomin, se aktivirajo sinapse, ki sodelujejo v procesu, in KIBRA se selektivno namesti na te sinapse,« pojasnjuje Sacktor, profesor fiziologije, farmakologije, anesteziologije in nevroznanosti na SUNY Downstate. »PKMzeta se nato pritrdi na sinaptično oznako KIBRA in ohranja te sinapse močne. To omogoča sinapsam, da se oprimejo novo nastale KIBRA in privabijo več novo nastalih PKMzeta.«

Natančneje, njihovi poskusi, opisani v članku v reviji Science Advances, kažejo, da prekinitev povezave KIBRA-PKMzeta izbriše stare spomine.

Prejšnje študije so pokazale, da naključno povečanje PKMzeta v možganih izboljša šibke ali bledeče spomine, kar je bilo nenavadno, saj bi delovalo na naključnih mestih. Vztrajno sinaptično označevanje s strani KIBRA pojasnjuje, zakaj je dodaten PKMzeta izboljšal spomin tako, da je deloval le na mestih, ki jih je označil KIBRA.

"Mehanizem vztrajnega sinaptičnega označevanja prvič pojasnjuje te ugotovitve, ki imajo klinične posledice za nevrološke in psihiatrične motnje spomina," je dejal Fenton, ki je tudi na Inštitutu za nevroznanosti medicinskega centra NYU Langone.

Avtorji članka ugotavljajo, da študija potrjuje koncept, ki ga je leta 1984 predstavil Francis Crick. Sacktor in Fenton poudarjata, da je njegova hipoteza za razlago vloge možganov pri shranjevanju spomina kljub nenehnim celičnim in molekularnim spremembam mehanizem "Tezejeve ladje" - filozofskega argumenta iz grške mitologije, v katerem nove deske nadomestijo stare, da bi skozi leta podprle "Tezejevo ladjo".

"Mehanizem vztrajnega sinaptičnega označevanja je analogen temu, kako nove plošče nadomeščajo stare plošče, da bi ohranile Tezejevo ladjo skozi generacije, in omogoča, da spomini trajajo leta, tudi ko se beljakovine, ki podpirajo spomin, zamenjajo," pravi Sacktor.

"Francis Crick je intuitivno napovedal ta mehanizem Tezejeve ladje, celo napovedal vlogo proteinske kinaze. Vendar je trajalo 40 let, da so odkrili, da sta komponenti KIBRA in PKMzeta, in ugotovili mehanizem, s katerim medsebojno delujejo."