Tanulmány felfedezi a memória kialakulását és stabilizálódását elősegítő "molekuláris ragasztót

Akár az első állatkerti látogatásunkról, akár arról a pillanatról, amikor megtanultunk biciklizni, gyermekkori emlékeink egy életre szólnak. De mi teszi ezeket az emlékeket ilyen sokáig emlékezetessé?

Egy nemzetközi tudóscsoport által a Science Advances folyóiratban publikált tanulmány feltárta a hosszú távú emlékezet biológiai alapjait. A központi felfedezés a KIBRA molekula szerepe volt, amely „ragasztóként” működik más molekulák számára, ezáltal megszilárdítva az emlékek kialakulását.

„A molekulák hosszú távú emlékeinek tárolására irányuló korábbi kísérletek az egyes molekulák egyedi működéseire összpontosítottak” – magyarázza Andre Fenton, a New York-i Egyetem idegtudományi professzora és a kutatás egyik vezető kutatója. „Tanulmányunk azt mutatja, hogy ezek a molekulák hogyan hatnak egymásra annak érdekében, hogy az emlékek véglegesen tárolódjanak.”

„Az emlékeink tárolásának jobb megértése segíteni fog a memóriával kapcsolatos rendellenességek tanulmányozására és kezelésére irányuló jövőbeli erőfeszítésekben” – teszi hozzá Todd Sacktor, a SUNY Downstate Health Sciences professzora és az egyik vezető kutató.

Régóta ismert, hogy az idegsejtek erős és gyenge szinapszisok mintázataiban tárolják az információkat, amelyek meghatározzák az idegi hálózatok összekapcsolhatóságát és működését. A szinapszisokban lévő molekulák azonban instabilak, folyamatosan mozognak az idegsejteken belül, elkopnak, és órákon vagy napokon belül kicserélődnek, ami felveti a kérdést: hogyan lehetnek az emlékek stabilak éveken vagy évtizedeken át?

Az egérmodellben a kutatók a KIBRA szerepére összpontosítottak, amely egy a vesékben és az agyban expresszált fehérje, amelynek genetikai variánsai mind a jó, mind a rossz memóriával összefüggésben állnak. Azt vizsgálták, hogy a KIBRA hogyan lépett kölcsönhatásba más, a memória kialakulásában fontos molekulákkal, jelen esetben a protein-kináz Mzetával (PKMzeta). Ez az enzim kulcsfontosságú molekula az emlősök normál szinapszisainak megerősítésében, de néhány nap után lebomlik.

Kísérletek kimutatták, hogy a KIBRA a hosszú távú memóriák „hiányzó láncszeme”, amely „állandó szinaptikus címkeként” vagy ragasztóként működik, amely az erős szinapszisokhoz és a PKMzetához kapcsolódik, miközben elkerüli a gyenge szinapszisokat.

„Amikor az emlékezet kialakul, a folyamatban részt vevő szinapszisok aktiválódnak, és a KIBRA szelektíven elhelyezkedik ezeken a szinapszisokon” – magyarázza Sacktor, a SUNY Downstate fiziológia, farmakológia, aneszteziológia és idegtudomány professzora. „A PKMzeta ezután a KIBRA szinaptikus jelölőhöz kapcsolódik, és erősen tartja ezeket a szinapszisokat. Ez lehetővé teszi, hogy a szinapszisok az újonnan képződött KIBRA-hoz tapadjanak, és további újonnan képződött PKMzetát vonzanak.”

Pontosabban, a Science Advances folyóiratban megjelent tanulmányukban ismertetett kísérleteik azt mutatják, hogy a KIBRA-PKMzeta kapcsolat megszakítása kitörli a régi emlékeket.

Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a PKMzeta szintjének véletlenszerű növekedése az agyban javítja a gyenge vagy halványuló emlékeket, ami rejtélyes volt, mivel véletlenszerű helyeken hatott. A KIBRA általi tartós szinaptikus jelölés megmagyarázza, hogy a plusz PKMzeta miért javította a memóriát azáltal, hogy csak a KIBRA által megjelölt helyeken hatott.

„A tartós szinaptikus jelölődés mechanizmusa elsőként magyarázza meg ezeket a megállapításokat, amelyek klinikai következményekkel járnak a neurológiai és pszichiátriai memóriazavarok szempontjából” – mondta Fenton, aki egyben a NYU Langone Orvosi Központ Idegtudományi Intézetének munkatársa is.

A tanulmány szerzői megjegyzik, hogy a tanulmány megerősíti Francis Crick által 1984-ben felvetett koncepciót. Sacktor és Fenton rámutatnak, hogy az agy memóriatárolásban betöltött szerepét magyarázó hipotézise az állandó sejtes és molekuláris változások ellenére a „Theseus hajója” mechanizmusán alapul – egy görög mitológiából származó filozófiai érven, amelyben új deszkák váltják fel a régieket, hogy az évek során megtartsák a „Theseus hajóját”.

„A tartós szinaptikus címkézés mechanizmusa analóg azzal, ahogyan az új táblák lecserélik a régieket, hogy fenntartsák Thészeusz hajóját generációkon át, és lehetővé teszi az emlékek évekig tartó megőrzését, még akkor is, ha az emlékeket támogató fehérjék lecserélődnek” – mondja Sacktor.

„Francis Crick ösztönösen megjósolta Thészeusz hajója mechanizmusát, sőt, még a protein-kináz szerepét is. De 40 évbe telt felfedezni, hogy a komponensek a KIBRA és a PKMzeta, és kitalálni a mechanizmust, amellyel kölcsönhatásba lépnek.”