Studie odhalila "molekulární lepidlo", které podporuje tvorbu a stabilizaci paměti

Ať už je to naše první návštěva zoo nebo okamžik, kdy jsme se naučili jezdit na kole, máme dětské vzpomínky, které nám vydrží celý život. Ale co způsobuje, že tyto vzpomínky vydrží tak dlouho?

Studie publikovaná v časopise Science Advances mezinárodním týmem vědců odhalila biologický základ dlouhodobé paměti. Ústředním objevem byla role molekuly KIBRA, která funguje jako „lepidlo“ pro ostatní molekuly, a tím upevňuje formování vzpomínek.

„Předchozí pokusy pochopit, jak molekuly ukládají dlouhodobé vzpomínky, se zaměřovaly na individuální působení jednotlivých molekul,“ vysvětluje Andre Fenton, profesor neurověd na Newyorské univerzitě a jeden z hlavních výzkumníků. „Naše studie ukazuje, jak tyto molekuly vzájemně interagují, aby zajistily trvalé uložení vzpomínek.“

„Lepší pochopení toho, jak si ukládáme vzpomínky, pomůže informovat budoucí úsilí o studium a léčbu poruch paměti,“ dodává Todd Sacktor, profesor na SUNY Downstate Health Sciences a jeden z hlavních výzkumníků.

Dlouho je známo, že neurony ukládají informace ve vzorcích silných a slabých synapsí, které určují propojení a funkci neuronových sítí. Molekuly v synapsích jsou však nestabilní, neustále se pohybují v neuronech, opotřebovávají se a nahrazují se během hodin nebo dnů, což vyvolává otázku: jak mohou být vzpomínky stabilní po celá léta nebo desetiletí?

V myším modelu se vědci zaměřili na roli KIBRA, proteinu exprimovaného v ledvinách a mozku, jehož genetické varianty jsou spojeny s dobrou i špatnou pamětí. Studovali, jak KIBRA interaguje s dalšími molekulami důležitými pro tvorbu paměti, v tomto případě s proteinkinázou Mzeta (PKMzeta). Tento enzym je klíčovou molekulou pro posílení normálních synapsí u savců, ale po několika dnech se rozpadá.

Experimenty ukázaly, že KIBRA je „chybějícím článkem“ v dlouhodobých vzpomínkách a funguje jako „permanentní synaptická značka“ nebo lepidlo, které se připojuje k silným synapsím a PKMzeta, zatímco se slabým synapsím vyhýbá.

„Když se tvoří paměť, aktivují se synapse zapojené do procesu a KIBRA je selektivně umisťována na tyto synapse,“ vysvětluje Sacktor, profesor fyziologie, farmakologie, anesteziologie a neurovědy na SUNY Downstate. „PKMzeta se poté připojí k synaptické značce KIBRA a udržuje tyto synapse silné. To umožňuje synapsím držet se nově vytvořené KIBRA a přitahovat tak další nově vytvořené PKMzeta.“

Konkrétněji řečeno, jejich experimenty popsané v článku v časopise Science Advances ukazují, že přerušení spojení KIBRA-PKMzeta maže staré vzpomínky.

Předchozí studie ukázaly, že náhodné zvýšení hladiny PKMzeta v mozku zlepšuje slabé nebo blednoucí vzpomínky, což bylo záhadné, protože by protein působil na náhodných místech. Trvalé synaptické značení proteinem KIBRA vysvětluje, proč extra dávka PKMzeta zlepšila paměť tím, že působila pouze na místech označených proteinem KIBRA.

„Mechanismus perzistentního synaptické signalizace poprvé vysvětluje tato zjištění, která mají klinické důsledky pro neurologické a psychiatrické poruchy paměti,“ řekl Fenton, který je také v Institutu neurověd NYU Langone Medical Center.

Autoři článku poznamenávají, že studie potvrzuje koncept, který v roce 1984 představil Francis Crick. Sacktor a Fenton zdůrazňují, že jeho hypotéza pro vysvětlení role mozku v ukládání paměti navzdory neustálým buněčným a molekulárním změnám je mechanismem „Théseovy lodi“ – filozofického argumentu z řecké mytologie, ve kterém nové prkna nahrazují stará, aby v průběhu let podepřely „Théseovu loď“.

„Mechanismus perzistentního synaptickému označování je analogický s tím, jak nové desky nahrazují staré desky, aby se udržela Loď Theseus napříč generacemi, a umožňuje, aby vzpomínky přetrvávaly po celé roky, i když jsou proteiny, které paměť podporují, nahrazovány,“ říká Sacktor.

„Francis Crick intuitivně předpověděl mechanismus Lodi Theseus, dokonce předpověděl roli proteinkinázy. Trvalo však 40 let, než se zjistilo, že těmito složkami jsou KIBRA a PKMzeta, a než se zjistil mechanismus, kterým interagují.“