Mózg człowieka jest zdolny do przechowywania ogromnej ilości informacji. W zależności od tego, na jak długo zostaną one zapisane wyróżnia się pamięć krótkotrwałą i długotrwałą. Pierwsza z nich stanowi tymczasowy magazyn dla niewielkiej ilości danych. Druga charakteryzuje się znacznie dłuższym czasem przechowywania informacji i teoretycznie może mieć nieograniczoną pojemność. Wraz z wiekiem, w wyniku starzenia się, dochodzi do upośledzenia funkcji poznawczych mózgu. Pamięć zaczyna zawodzić, a przyswajanie nowych informacji staje się coraz trudniejsze. Naukowcy wciąż poszukują czynników przyczyniających się do wystąpienia zaburzeń pamięci. Zaburzenia te powstają w wyniku skomplikowanych procesów, związanych nie tylko z utratą komórek nerwowych, jak myślano na początku.

Obecnie wiele badań skupia się na molekularnych podstawach pamięci. Uczenie się i zapamiętywanie możliwe jest dzięki trwałym zmianom w pobudliwości neuronów i dzięki sile połączeń synaptycznych. Kanały potasowe, otwierane w wyniku zmian potencjału błony komórkowej, prawdopodobnie regulują procesy pamięciowe na poziomie molekularnym. Wyniki poprzednich badań naukowych sugerują, że białka transbłonowe MiRPs (ang. MinK-related peptides) mogą modulować ich działanie. Do tej pory nie zbadano jednak dokładnie, jaką rolę białka te odgrywają w procesach pamięciowych. Wiadomo natomiast, że są to cząsteczki, które niewiele zmieniły się w toku ewolucji. Mają podobną strukturę oraz pełnią podobne funkcje u wielu organizmów. Do badania roli takich konserwowanych ewolucyjnie białek można używać prostych modeli zwierzęcych. Przykładem takiego modelu może być nicień Caenorhabditis elegans i to właśnie na nim doświadczenia postanowili przeprowadzić naukowcy z University of Basel w Szwajcarii.

Celem ich najnowszej pracy było zbadanie, jaką rolę w funkcjonowaniu pamięci długoterminowej oraz w jej upośledzeniu wraz z wiekiem odgrywa białko MPS-2 należące do rodziny białek MiRP. Aby zrealizować założenia pracy, naukowcy dokonali manipulacji genetycznych i usunęli z genomu C.elegans sekwencję kodującą mps-2. Następnie wykonali szereg testów sprawdzających funkcjonowanie obu rodzajów pamięci u młodych, dorosłych zwierząt doświadczalnych. Testy były powtarzane w kolejnych etapach życia nicieni. Polegały one na ocenie zdolności zwierząt do chemotaksji – reakcji ruchowej o określonym kierunku pod wpływem substancji chemicznych. Nicienie wystawiane były na obecność takiego chemoatraktanta, po czym badacze odnotowywali ich zdolność do zapamiętania jego lokalizacji na płytce w różnych odstępach czasu. Badacze sprawdzali również zmiany ekspresji genu mps-2 oraz kodowanego przezeń białka u młodych i starszych zwierząt. Aby sprawdzić, czy inne cząsteczki mogą wpływać na ekspresję mps-2, badacze wykorzystali jedną z technik analizy oddziaływania białka z kwasem nukleinowym – EMSA (ang. electrophoresis mobility shift assay). W ostatnim etapie eksperymentów postanowili wytypować podjednostki kanałów potasowych, których działanie modulowane jest przez MPS-2.

Na podstawie wyników badań naukowcy wysnuli wniosek, że zwierzęta w młodym wieku pozbawione genu mps-2 miały tak samo dobrą pamięć krótkotrwałą, co te niemodyfikowane genetycznie. Jednakże wraz z czasem trwania eksperymentu zdolność nicieni bez mps-2 do odtwarzania tego, czego się wcześniej nauczyły, znacznie malała. Brak mps-2 spowodował więc upośledzenie pamięci długotrwałej. U starszych nicieni z grupy kontrolnej poziom białka MPS-2 był zredukowany, a pamięć długotrwała nie funkcjonowała poprawnie. Badaczom udało się zidentyfikować jeszcze jedno białko wpływające na proces zapamiętywania – NHR-66. Ogranicza ono transkrypcję mps-2. Gdy naukowcy za pomocą manipulacji genetycznych zwiększali produkcję MPS-2 u starszych nicieni, a z ich genomu usunęli gen kodujący białko NHR-66, miały one tak samo dobrą pamięć jak młodsze osobniki. Autorzy pracy odkryli także, że MPS-2 moduluje działanie podjednostek kanałów potasowych oznaczanych symbolami: Kv2.1 oraz Kv2.2. Prawdopodobnie to właśnie one stanowią ostatnie ogniwo ścieżki molekularnej, która jest ważna dla zachowania pamięci w kolejnych etapach życia.

Naukowcom ze Szwajcarii udało się zidentyfikować elementy ścieżki molekularnej kontrolującej funkcjonowanie pamięci długotrwałej. Co więcej, autorzy pracy udowodnili, że główny element tej ścieżki, białko MPS-2, pełni podwójną rolę. Z jednej strony jest zaangażowane w prawidłowe funkcjonowanie pamięci u młodych osobników. Natomiast z drugiej spadek jego ekspresji związany jest z upośledzeniem pamięci w podeszłym wieku. Otrzymane wyniki sugerują również, że pogorszenie się pamięci wraz z wiekiem nie jest prostą konsekwencją stopniowej utraty wydajności sygnalizacji międzyneuronalnej. Prawdopodobnie jest to proces ściśle zależny od zmian w poziomie różnego rodzaju białek. Świadczy o tym fakt, że wraz z wiekiem uruchomiony zostaje mechanizm prowadzący do utraty pamięci: aktywowane jest białko NGR-66, które następnie hamuje ekspresję genu mps-2 – modulatora kanałów potasowych.

Bibliografia:
Fenyves B.G. et al. Dual Role of an mps-2/KCNE-Dependent Pathway in Long-Term Memory and Age-Dependent Memory Decline. Current Biology, 2020

Dodaj komentarz