חוקרים זיהו מנגנון ביולוגי המערב את המולקולה KIBRA שמסביר את היציבות ארוכת הטווח של זיכרונות, ושופך אור על טיפולים פוטנציאליים להפרעות הקשורות לזיכרון.
מחקר חלוצי חושף "דבק מולקולרי" קריטי ליצירת זיכרון וייצוב.
מחקר חדש מזהה את המולקולה KIBRA כ"דבק" קריטי בייצוב זיכרונות ארוכי טווח על ידי שמירה על חוזק סינפטי, ומציע תובנות לגבי התמדה בזיכרון למרות שינויים תאיים מתמשכים.
בין אם זה ביקור בפעם הראשונה בגן חיות או כשלמדנו לרכוב על אופניים, יש לנו זיכרונות מילדותנו שנשמרו גם לשנים בוגרות. אבל מה מסביר אֵיך הזיכרונות האלה נמשכים כמעט חיים שלמים?
מחקר חדש בכתב העת התקדמות המדע, שנערך על ידי צוות חוקרים בינלאומיים, חשף הסבר ביולוגי לזיכרונות ארוכי טווח. הוא מתמקד בגילוי תפקידה של מולקולה, KIBRA, המשמשת כ"דבק" למולקולות אחרות, ובכך מגבשת את היווצרות הזיכרון.
"מאמצים קודמים להבין כיצד מולקולות מאחסנות זיכרון לטווח ארוך התמקדו בפעולות האינדיבידואליות של מולקולות בודדות", מסביר אנדרה פנטון, פרופסור למדעי העצב באוניברסיטת ניו יורק ואחד החוקרים הראשיים של המחקר. "המחקר שלנו מראה כיצד הם עובדים יחד כדי להבטיח אחסון זיכרון תמידי."
"הבנה מוצקה יותר של האופן שבו אנו שומרים על הזיכרונות שלנו תעזור להנחות מאמצים להאיר ולטפל בבעיות הקשורות לזיכרון בעתיד", מוסיף טוד סאקטור, פרופסור באוניברסיטת SUNY Downstate Health Sciences ואחד החוקרים הראשיים של המחקר.
האתגר של יציבות סינפטית
זה קיים זמן רב שנירונים מאחסנים מידע בזיכרון כתבנית של סינפסות חזקות וסינפסות חלשות, שקובע את הקישוריות והתפקוד של רשתות עצביות. עם זאת, המולקולות בסינפסות אינן יציבות, מסתובבות ללא הרף בנוירונים, ומתבלות ומוחלפות תוך שעות עד ימים, ובכך מעלה את השאלה: כיצד, אם כן, זיכרונות יכולים להיות יציבים במשך שנים עד עשרות שנים?
זיכרונות מאוחסנים על ידי אינטראקציה של שני חלבונים: חלבון מבני, KIBRA (ירוק), הפועל כתג סינפטי מתמשך, ואנזים מחזק סינפסה, חלבון קינאז Mzeta (אדום). תרופות שמשבשות את האינטראקציה המנציחה את הזיכרון (צבעים אחרים) מוחקות זיכרונות ארוכי טווח ומרוחקים מראש. קרדיט: Changchi Hsieh, Ph.D.
במחקר שעשה שימוש בעכברי מעבדה, התמקדו המדענים בתפקיד של KIBRA, או חלבון המובע מכליות ומוח, שהווריאציות הגנטיות האנושיות שלו קשורות לזיכרון טוב וגם לזיכרון גרוע. הם התמקדו באינטראקציות של KIBRA עם מולקולות אחרות החיוניות ליצירת זיכרון – במקרה זה, חלבון קינאז Mzeta (PKMzeta). אנזים זה הוא המולקולה החשובה ביותר לחיזוק סינפסות נורמליות של יונקים הידועה, אך היא מתכלה לאחר מספר ימים.
הניסויים שלהם מגלים כי KIBRA היא "החוליה החסרה" בזיכרונות ארוכי טווח, המשמשת כ"תג סינפטי מתמשך", או דבק, שנדבק לסינפסות חזקות ול-PKMzeta תוך הימנעות מסינפסות חלשות.
מנגנונים של שימור זיכרון
"במהלך היווצרות הזיכרון מופעלות הסינפסות המעורבות בהיווצרות – וקיברה ממוקמת באופן סלקטיבי בסינפסות הללו", מסביר סאקטור, פרופסור לפיזיולוגיה, פרמקולוגיה, הרדמה ונוירולוגיה ב-SUNY Downstate. לאחר מכן, PKMzeta מתחברת לתג הסינפטי של KIBRA ושומרת על הסינפסות הללו חזקות. זה מאפשר לסינפסות להיצמד ל-KIBRA החדש, ולמשוך יותר PKMzeta חדש.
ליתר דיוק, הניסויים שלהם ב התקדמות המדע נייר מראה את זה שְׁבִירָה הקשר KIBRA-PKMzeta מוחק זיכרון ישן. מחקרים קודמים הראו כי PKMzeta עולה באופן אקראי במוח משפר זיכרונות חלשים או דהויים, וזה היה מסתורי מכיוון שהיה צריך לעשות את ההיפך על ידי פעולה במקומות אקראיים, אבל התיוג הסינפטי המתמשך על ידי KIBRA מסביר מדוע ה-PKMzeta הנוסף משפר את הזיכרון, על ידי פעולה רק באתרים המתויגים KIBRA.
"מנגנון התיוג הסינפטי המתמשך לראשונה מסביר את התוצאות הללו הרלוונטיות מבחינה קלינית להפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות של זיכרון," מציין פנטון, אשר נמצא גם בפקולטה במכון למדעי המוח של NYU Langone Medical Center.
מחברי המאמר מציינים שהמחקר מאשש מושג שהוצג ב-1984 על ידי פרנסיס קריק. סאקטור ופנטון מציינים כי השערתו המוצעת להסביר את תפקיד המוח באחסון זיכרון למרות שינויים תאיים ומולקולריים מתמידים היא מנגנון ספינת תזאוס – מושאל מטיעון פילוסופי הנובע מהמיתולוגיה היוונית, שבו קרשים חדשים מחליפים את הקרשים הישנים כדי לשמור על הספינה של תזאוס עבור שנים.
"מנגנון התיוג הסינפטי המתמשך שמצאנו מקביל לאופן שבו קרשים חדשים מחליפים קרשים ישנים כדי לשמור על הספינה של תזאוס לדורותיה, ומאפשר לזיכרונות להימשך שנים גם כשהחלבונים השומרים על הזיכרון מוחלפים", אומר סאקטור. "פרנסיס קריק הבין את מנגנון הספינה של תזאוס, אפילו חזה את תפקידו של חלבון קינאז. אבל לקח 40 שנה לגלות שהרכיבים הם KIBRA ו-PKMzeta ולהבין את מנגנון האינטראקציה ביניהם".
המחקר כלל גם חוקרים מאוניברסיטת מקגיל בקנדה, מבית החולים האוניברסיטאי במינסטר בגרמניה ומבית הספר לרפואה של אוניברסיטת טקסס ביוסטון.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מ- המכונים הלאומיים לבריאות (R37 MH057068, R01 MH115304, R01 NS105472, R01 MH132204, R01 NS108190), מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה Discovery (203523), וקרן גארי ושרה ס. סקלאר.
