Närvirakkude mehhanismis avastati uus lüli, mis aitab kaasa õppimisele ja mälule

Närvirakkude mehhanismis avastati uus lüli, mis aitab kaasa õppimisele ja mälule
Närvirakkude mehhanismis avastati uus lüli, mis aitab kaasa õppimisele ja mälule
Anonim

Cold Spring Harbor, NY – Cold Spring Harbori labori teadlased on avastanud olulise uue lüli molekulaarses sündmusteahelas, mis arvatakse olevat õppimise ja mälu aluseks. Kasutades sünaptilise aktiivsuse mõõtmiseks uudset elektrofüsioloogilist meetodit, on Roberto Malinow ja tema kolleegid näidanud, et närvirakkude ühenduste tugevnemine ajus – arvatavasti toimub õppimise ja mälu konsolideerimise ajal – on suures osas seletatav AMPA retseptoriteks nimetatavate valkude liikumisega sünapsid.Teadlased kirjeldavad kahe teise valgu rolli, millest üks (valgukinaas), mis oli varem teadaolev alt kriitiline AMPA retseptori vahendatud sünaptilise tugevdamise jaoks, ja teine ​​(uus link), mille olemasolu on hiljutiste avastuste tõttu tugev alt seotud. Uuringust on teatatud ajakirja Science 23. märtsi numbris.

Üks õppimise ja mälu asukoht ajus on sügaval ajukoores asuv piirkond, mida nimetatakse hipokampuseks. Malinow ja tema kolleegid uurivad, kuidas rottide hipokampuse neuronid reageerivad elektrilisele stimulatsioonile nagu õppimise ajal. Eelkõige uurivad nad mehhanisme, mis on seotud pikaajalise potentseerimisega (LTP), sünaptilise tugevdamisega, mis arvatakse olevat võimeline õppimiseks ja mälu konsolideerimiseks.

Ühes kahest eelmisel aastal ajakirjas Science avaldatud uuringust teatasid Malinow ja tema kolleegid, kuidas AMPA retseptorite jaotus dendriitides muutub LTP indutseerimisel (dendriidid on neuronite harulaadsed harud, mis saavad sünaptilisi sisendeid.) See uuring näitas, et LTP induktsiooni ajal liiguvad mõned AMPA retseptorid kiiresti dendriitide sisemistest asukohtadest piirkondadesse, mis sisaldavad sünapse, mida nimetatakse dendriitide selgrooks. AMPA retseptorite suurenenud esinemine rakupinnal sünapsides võimaldab neuronitel reageerida tugevam alt peamisele neurotransmitterile glutamaadile. Seega jõudsid teadlased järeldusele, et AMPA retseptorite liikumine selgroodesse võib olla oluline mehhanism, mis aitab kaasa sünaptilisele tugevnemisele, mis arvatakse olevat õppimise ja mälu aluseks. Kuid selle seisukoha toetamiseks oli vaja täiendavaid tõendeid.

"Mida me tõesti tahtsime järgmiseks teada saada, oli see, kas AMPA retseptorid, mida me täheldasime selgroodesse liikumas, on tegelikult sünapsidesse kaasatud ja osalevad sünaptilises ülekandes, " ütleb Malinow. "Ja me tahtsime rohkem teada saada mehhanismi kohta, mis vahendab AMPA retseptorite kaubitsemist dendriitides."

Uus uuring annab need vastused.Malinow ja tema kolleegid kasutasid ära asjaolu, et enamik nende uuritavatest neuronitest sisaldavad AMPA retseptoreid nii "GluR1" kui ka "GluR2" subühikutega. Nende alaühikutega retseptorid võimaldavad naatriumi (Na+) ioonidel voolata rakkudesse ja kaaliumi (K+) ioonidel rakkudest välja voolata. AMPA retseptori subühikute saatuse täpseks jälgimiseks ekspresseerisid teadlased üle ainult GluR1 subühikut. AMPA retseptorid, mis sisaldavad GluR1, kuid millel puudub GluR2, võimaldavad ainult naatriumioonide sissevoolu. See omadus andis Malinowile ja tema kolleegidele tundliku elektrofüsioloogilise analüüsi, mida nad vajasid, et teha kindlaks, kas GluR1 AMPA retseptori subühikud on pärast LTP induktsiooni äsja sünapsidesse kaasatud, ja kui jah, siis kas need on funktsionaalsed (st võimelised suurendama sünaptilist ülekannet). mõlemad tulemused olid jah.

Nendes katsetes jäljendati LTP-d, ekspresseerides koos GluR1-ga proteiinkinaasi (CaMKII) konstitutiivselt aktiivset vormi, mis teadaolev alt on piisav LTP tunnuseks oleva sünaptilise tugevnemise esilekutsumiseks.AMPA retseptorite ja CaMKII vahelise mehaanilise seose uurimiseks muteerisid Malinow ja tema kolleegid GluR1 saiti, mida teised olid näidanud, et CaMKII fosforüülis LTP ajal. See mutatsioon ei mõjutanud GluR1 reguleeritud kohaletoimetamist sünapsidesse.

Selle asemel tuvastasid Malinow ja tema kolleegid GluR1-s erineva saidi, mis on nende arvates vajalik GluR1 CaMKII-vahendatud kohaletoimetamiseks sünapsidesse LTP ajal. See sait äratas teadlaste tähelepanu, kuna see sarnaneb motiividega, mida leidub teistes membraanivalkudes, mis kontrollivad, kus need valgud rakkudes paiknevad. Motiiv võimaldab neil membraanivalkudel seonduda niinimetatud PDZ-valkude klassiga, mis toimib membraanivalkude suunamiseks rakus õigesse asukohta. Malinow ja tema kolleegid näitasid, et GluR1 oletatava PDZ-interaktsiooni motiivi mutatsioonid blokeerisid selle kohaletoimetamise sünapsidesse pärast LTP induktsiooni. Seetõttu kujutab PDZ valk tõenäoliselt uut linki funktsionaalsete AMPA retseptorite reguleeritud kohaletoimetamisel sünapsidesse õppimise ja mälu konsolideerimise ajal.

Uuringu viisid Cold Spring Harbori laboris läbi Yasunori Hayashi, Song-Hai Shi, José A. Esteban, Antonella Piccini, Jean-Christophe Poncer (praegu Pasteuri Instituudis Pariisis) ja Malinow. Cold Spring Harbor Laboratory on erasektori mittetulunduslik alusuuringute ja õppeasutus, mille programmid keskenduvad vähile, neuroteadustele ja taimebioloogiale. Selle muud uurimisvaldkonnad hõlmavad molekulaar- ja rakubioloogiat, geneetikat, struktuuribioloogiat ja bioinformaatikat.

Populaarne teema