Štúdia odhalila "molekulárne lepidlo", ktoré podporuje tvorbu a stabilizáciu pamäte

Či už je to naša prvá návšteva zoo alebo moment, keď sme sa naučili jazdiť na bicykli, máme spomienky z detstva, ktoré nám vydržia celý život. Ale čo robí tieto spomienky tak dlhotrvajúcimi?

Štúdia publikovaná v časopise Science Advances medzinárodným tímom vedcov odhalila biologický základ dlhodobej pamäte. Ústredným objavom bola úloha molekuly KIBRA, ktorá pôsobí ako „lepidlo“ pre iné molekuly, čím upevňuje tvorbu spomienok.

„Predchádzajúce pokusy pochopiť, ako molekuly ukladajú dlhodobé spomienky, sa zameriavali na individuálne pôsobenie jednotlivých molekúl,“ vysvetľuje Andre Fenton, profesor neurovedy na Newyorskej univerzite a jeden z vedúcich výskumníkov. „Naša štúdia ukazuje, ako tieto molekuly navzájom interagujú, aby zabezpečili trvalé uloženie spomienok.“

„Lepšie pochopenie toho, ako si uchovávame spomienky, pomôže informovať budúce úsilie o štúdium a liečbu porúch súvisiacich s pamäťou,“ dodáva Todd Sacktor, profesor na SUNY Downstate Health Sciences a jeden z vedúcich výskumníkov.

Dlho je známe, že neuróny ukladajú informácie vo vzoroch silných a slabých synapsií, ktoré určujú prepojenie a funkciu neurónových sietí. Molekuly v synapsiách sú však nestabilné, neustále sa pohybujú v neurónoch, opotrebúvajú sa a v priebehu hodín alebo dní sa nahrádzajú, čo vyvoláva otázku: ako môžu byť spomienky stabilné v priebehu rokov alebo desaťročí?

V modeli na myšiach sa výskumníci zamerali na úlohu KIBRA, proteínu exprimovaného v obličkách a mozgu, ktorého genetické varianty sú spojené s dobrou aj zlou pamäťou. Študovali, ako KIBRA interaguje s inými molekulami dôležitými pre tvorbu pamäte, v tomto prípade s proteínkinázou Mzeta (PKMzeta). Tento enzým je kľúčovou molekulou pre posilnenie normálnych synapsií u cicavcov, ale po niekoľkých dňoch sa rozpadá.

Experimenty ukázali, že KIBRA je „chýbajúcim článkom“ v dlhodobých spomienkach, ktorý funguje ako „permanentná synaptická značka“ alebo lepidlo, ktoré sa pripája k silným synapsiám a PKMzeta, pričom sa vyhýba slabým synapsiám.

„Keď sa vytvára pamäť, synapsie zapojené do procesu sa aktivujú a KIBRA sa selektívne umiestňuje na tieto synapsie,“ vysvetľuje Sacktor, profesor fyziológie, farmakológie, anestéziológie a neurovedy na SUNY Downstate. „PKMzeta sa potom pripojí k synaptickej značke KIBRA a udržiava tieto synapsie silné. To umožňuje synapsiám prilepiť sa na novovytvorenú KIBRA a prilákať tak ďalšie novovytvorené PKMzeta.“

Konkrétnejšie, ich experimenty, opísané v článku v časopise Science Advances, ukazujú, že prerušenie spojenia KIBRA-PKMzeta vymaže staré spomienky.

Predchádzajúce štúdie ukázali, že náhodné zvýšenie hladiny PKMzeta v mozgu zlepšuje slabé alebo blednúce spomienky, čo bolo záhadné, pretože by pôsobilo na náhodných miestach. Pretrvávajúce synaptické značenie pomocou KIBRA vysvetľuje, prečo extra PKMzeta zlepšila pamäť tým, že pôsobila iba na miestach označených KIBRA.

„Mechanizmus pretrvávajúceho synaptického označovania po prvýkrát vysvetľuje tieto zistenia, ktoré majú klinické dôsledky pre neurologické a psychiatrické poruchy pamäte,“ povedal Fenton, ktorý pôsobí aj v Inštitúte neurovied v NYU Langone Medical Center.

Autori článku poznamenávajú, že štúdia potvrdzuje koncept, ktorý v roku 1984 predstavil Francis Crick. Sacktor a Fenton poukazujú na to, že jeho hypotéza na vysvetlenie úlohy mozgu pri ukladaní pamäte napriek neustálym bunkovým a molekulárnym zmenám je mechanizmom „Tézeovej lode“ – filozofického argumentu z gréckej mytológie, v ktorom nové dosky nahrádzajú staré, aby v priebehu rokov podopierali „Tézeovu loď“.

„Mechanizmus perzistentného synaptického označovania je analogický s tým, ako nové dosky nahrádzajú staré dosky, aby udržali Loď Tézea naprieč generáciami, a umožňuje spomienkam pretrvávať roky, aj keď sú proteíny, ktoré podporujú pamäť, nahradené,“ hovorí Sacktor.

„Francis Crick intuitívne predpovedal tento mechanizmus Lode Tézeus, dokonca predpovedal úlohu proteínkinázy. Trvalo však 40 rokov, kým sa zistilo, že ide o zložky KIBRA a PKMzeta, a kým sa zistil mechanizmus, ktorým interagujú.“