Μελέτη αποκαλύπτει "μοριακή κόλλα" που προάγει το σχηματισμό και τη σταθεροποίηση της μνήμης

Είτε πρόκειται για την πρώτη μας επίσκεψη στον ζωολογικό κήπο είτε για τη στιγμή που μάθαμε να κάνουμε ποδήλατο, έχουμε παιδικές αναμνήσεις που διαρκούν μια ζωή. Αλλά τι κάνει αυτές τις αναμνήσεις να διαρκούν τόσο πολύ;

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science Advances από μια διεθνή ομάδα επιστημόνων αποκάλυψε τη βιολογική βάση για τις μακροπρόθεσμες μνήμες. Η κεντρική ανακάλυψη ήταν ο ρόλος του μορίου KIBRA, το οποίο λειτουργεί ως «κόλλα» για άλλα μόρια, ενισχύοντας έτσι τον σχηματισμό των αναμνήσεων.

«Προηγούμενες προσπάθειες κατανόησης του τρόπου με τον οποίο τα μόρια αποθηκεύουν τις μακροπρόθεσμες μνήμες έχουν επικεντρωθεί στις μεμονωμένες δράσεις των μεμονωμένων μορίων», εξηγεί ο Αντρέ Φέντον, καθηγητής νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης και ένας από τους επικεφαλής ερευνητές. «Η μελέτη μας δείχνει πώς αυτά τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να διασφαλίσουν ότι οι μνήμες αποθηκεύονται μόνιμα».

«Η καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αποθηκεύουμε τις αναμνήσεις μας θα βοηθήσει στην ενημέρωση των μελλοντικών προσπαθειών για τη μελέτη και τη θεραπεία διαταραχών που σχετίζονται με τη μνήμη», προσθέτει ο Todd Sacktor, καθηγητής στο SUNY Downstate Health Sciences και ένας από τους επικεφαλής ερευνητές.

Είναι γνωστό εδώ και καιρό ότι οι νευρώνες αποθηκεύουν πληροφορίες σε μοτίβα ισχυρών και ασθενών συνάψεων, τα οποία καθορίζουν τη συνδεσιμότητα και τη λειτουργία των νευρωνικών δικτύων. Ωστόσο, τα μόρια στις συνάψεις είναι ασταθή, κινούνται συνεχώς μέσα στους νευρώνες, φθείρονται και αντικαθίστανται μέσα σε ώρες ή ημέρες, γεγονός που εγείρει το ερώτημα: πώς μπορούν οι μνήμες να είναι σταθερές για χρόνια ή δεκαετίες;

Στο μοντέλο ποντικού, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στον ρόλο της KIBRA, μιας πρωτεΐνης που εκφράζεται στα νεφρά και τον εγκέφαλο, της οποίας οι γενετικές παραλλαγές σχετίζονται τόσο με την καλή όσο και με την κακή μνήμη. Μελέτησαν πώς η KIBRA αλληλεπιδρά με άλλα μόρια σημαντικά για τον σχηματισμό μνήμης, στην προκειμένη περίπτωση με την πρωτεϊνική κινάση Mzeta (PKMzeta). Αυτό το ένζυμο είναι ένα βασικό μόριο για την ενίσχυση των φυσιολογικών συνάψεων στα θηλαστικά, αλλά διασπάται μετά από λίγες ημέρες.

Πειράματα έχουν δείξει ότι το KIBRA είναι ο «χαμένος κρίκος» στη μακροπρόθεσμη μνήμη, λειτουργώντας ως «μόνιμη συναπτική ετικέτα» ή κόλλα που προσκολλάται σε ισχυρές συνάψεις και PKMzeta, αποφεύγοντας παράλληλα τις ασθενείς συνάψεις.

«Όταν σχηματίζεται η μνήμη, οι συνάψεις που εμπλέκονται στη διαδικασία ενεργοποιούνται και το KIBRA τοποθετείται επιλεκτικά σε αυτές τις συνάψεις», εξηγεί ο Sacktor, καθηγητής φυσιολογίας, φαρμακολογίας, αναισθησιολογίας και νευροεπιστήμης στο SUNY Downstate. «Στη συνέχεια, το PKMzeta προσκολλάται στη συναπτική ετικέτα του KIBRA και διατηρεί αυτές τις συνάψεις ισχυρές. Αυτό επιτρέπει στις συνάψεις να προσκολλώνται στο νεοσχηματισμένο KIBRA, προσελκύοντας περισσότερα νεοσχηματισμένα PKMzeta».

Πιο συγκεκριμένα, τα πειράματά τους, που περιγράφονται σε μια δημοσίευση στο Science Advances, δείχνουν ότι η διακοπή της σύνδεσης KIBRA-PKMzeta σβήνει παλιές αναμνήσεις.

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι οι τυχαίες αυξήσεις του PKMzeta στον εγκέφαλο βελτιώνουν τις αδύναμες ή ξεθωριασμένες μνήμες, κάτι που ήταν περίεργο επειδή θα δρούσε σε τυχαίες θέσεις. Η επίμονη συναπτική σήμανση από το KIBRA εξηγεί γιατί η επιπλέον PKMzeta βελτίωσε τη μνήμη δρώντας μόνο στις θέσεις που σημειώνονται από το KIBRA.

«Ο μηχανισμός της επίμονης συναπτικής σήμανσης εξηγεί για πρώτη φορά αυτά τα ευρήματα, τα οποία έχουν κλινικές επιπτώσεις σε νευρολογικές και ψυχιατρικές διαταραχές μνήμης», δήλωσε ο Fenton, ο οποίος εργάζεται επίσης στο Ινστιτούτο Νευροεπιστημών του Ιατρικού Κέντρου NYU Langone.

Οι συγγραφείς της εργασίας σημειώνουν ότι η μελέτη επιβεβαιώνει μια έννοια που εισήγαγε το 1984 ο Φράνσις Κρικ. Οι Σάκκτορ και Φέντον επισημαίνουν ότι η υπόθεσή του για την εξήγηση του ρόλου του εγκεφάλου στην αποθήκευση μνήμης παρά τις συνεχείς κυτταρικές και μοριακές αλλαγές είναι ο μηχανισμός του «Πλοίου του Θησέα» - ένα φιλοσοφικό επιχείρημα από την ελληνική μυθολογία στο οποίο νέες σανίδες αντικαθιστούν τις παλιές για να υποστηρίξουν το «Πλοίο του Θησέα» με την πάροδο των ετών.

«Ο μηχανισμός της επίμονης συναπτικής σήμανσης είναι ανάλογος με τον τρόπο που οι νέες σανίδες αντικαθιστούν τις παλιές για να διατηρήσουν το Πλοίο του Θησέα για όλες τις γενιές και επιτρέπει στις μνήμες να διατηρούνται για χρόνια ακόμη και όταν οι πρωτεΐνες που υποστηρίζουν τη μνήμη αντικαθίστανται», λέει ο Sacktor.

«Ο Φράνσις Κρικ προέβλεψε διαισθητικά αυτόν τον μηχανισμό του «Πλοίου του Θησέα», προβλέποντας μάλιστα και τον ρόλο της πρωτεϊνικής κινάσης. Χρειάστηκαν όμως 40 χρόνια για να ανακαλυφθεί ότι τα συστατικά ήταν η KIBRA και η PKMzeta, και να καταλάβουμε τον μηχανισμό με τον οποίο αλληλεπιδρούν.»