Atklājumi.lv

Jāmaina vispārpieņemtais priekšstats par ilgtermiņa atmiņu veidošanos

Dž.Hopkinsa universitātes (ASV) pētnieki, eksperimentējot ar pelēm, pierādījuši, ka plaši pieņemtais ilgtermiņa atmiņu veidošanās molekulārā mehānisma modelis ir nepareizs. Izrādās, šīs atmiņas veidojas arī tad, ja dzīvniekiem vispār nav enzīma, kas tika uzlūkots kā vienīgais kritiskais ilgtermiņa atmiņu nostiprināšanas mehānisma uzturēšanas fāzes funkcionālais elements. Raksts par pētījuma rezultātiem publicēts žurnāla Nature 2. janvāra numurā.

"Atbilstoši dominējošai teorijai, kad jūs kaut ko iemācaties, nostiprinās par sinapsēm saukti savienojumi starp jūsu smadzeņu šūnām," - skaidro pētījuma vadītājs, Dž.Hopkinsa universitātes Medicīnas skolas Neirozinātnes nodaļas direktors, profesors dr. Ričards Hagnirs (Richard Huganir). "Jautājums ir, kā tieši notiek nostiprināšanās?"

Tas, kā saglabājas atmiņas, ir fundamentāls neirobioloģijas jautājums, uz ko joprojām nav atrasta pārliecinoša atbilde. Jau Platons izteica domu, ka pārdzīvotais atstāj pēdas cilvēka galvā. Viņš šo procesu salīdzināja ar zīmoga nospiedumu vaska plāksnītē. Skaidrs ir tikai tas, ka šajā procesā vissvarīgākā vieta ir smadzeņu centrā apslēptā, par hipokampu nosauktā struktūra. Tur veidojas un pastiprinās sinapses, saslēdzot savstarpēji saistītos tīklos miljoniem konkrētas atmiņas veidojošus neironus.

Visplašāk līdz šim pētītais atmiņu veidošanās fizioloģiskais modelis ir Terjes Lomo (Terje Lømo) 1966.g. atklātā neironu ilgtermiņa potenciācija (long term potentiation - LTP), kura ir priekšnoteikums ilgtermiņa saišu saglabāšanai starp nervu šūnām. LTP modeļa ietvaros iezīmētos molekulāros mehānismus var iedalīt 2 fāzēs: 1) indukcijā, kas ierosina potenciāciju un 2) saglabāšanā, kas potenciāciju uztur aktīvu, ļaujot arī pēc vairākiem gadiem atcerēties pieredzēto un apgūto. Indukcijā piedalās vairākas molekulas, taču uzturēšanā kā nozīmīga identificēta tikai viena, smadzenēs esoša viela - proteīnu kināze Mζ (PKM-zeta). LTP indukcija ierosina pastiprinātu PKMζ sintēzi, kas uz postsinaptiskajām membrānām (sinapses "saņemošā" neirona gals - parasti dendrīts) nogādā AMPA receptorus. AMPA receptorus veidojošie GluR proteīni, pēc tam, kad tiem pievienojas signālmolekulas (neirotransmiteri) - glutamāti no ierosinātā, "dodošā" neirona (parasti - aksona) gala, kalpo kā jonu kanāli, kas, kopā ar dažiem citiem receptoriem, arī nodrošina ilgstošus neironu savienojumus.

2006.gadā pētnieku grupa dr.Toda Sektora (Todd Sacktor) vadībā noskaidroja, ka ar īpašu, par ZIP (zeta inhibējošais peptīds) nosauktu, mākslīgi sintezētu molekulu, bloķējot viņu 1990.gadu sākumā atklāto PKMζ, iespējams izdzēst smadzenēs esošās ilgtermiņa atmiņas. Žurkām pēc ZIP injekcijas hipotalāmā pazuda atmiņas par sāpju un šoka reakcijām un telpas strukturējumu. Kad ZIP tika no smadzenēm izvadīts, atmiņu veidošanās atkal atjaunojās.

Atklājums izraisīja plašas diskusijas par iespējamās cilvēku atmiņu dzēšanas morālajiem un sociālajiem aspektiem. Šķita, ka ZIP bloķē tikai un vienīgi PKMζ. "Turpmākajos gados daudzi pētnieki nodarbojās ar PKMζ un ZIP pētījumiem un publicēja virkni rakstu, taču tā arī neizdevās noskaidrot, ko tieši ZIP dara," saka viena no Hagnira komandas pētniecēm dr.Lenora Volka (Lenora Volk). "Mēs domājām, ka nosakot ZIP mērķi, mēs uzzināsim vairāk par to, kā atmiņas tiek noglabātas un uzturētas," viņa stāsta.

Aplūkojamā pētījuma ietvaros Volka, kopā ar kolēģi Jūliju Bahmani (Julia Bachman), ģenētiski izmainīja peles, tā, lai tām nebūtu darboties spējīgs PKMζ enzīms. Pētījuma mērķis bija salīdzināt modificēto un normālo peļu sinapses, lai saprastu, kā enzīms darbojas. Tomēr rezultāts bija pilnīgi negaidīts - abu eksperimentā izmantoto peļu grupu neironu saiknes bija vienādas un modificētajām pelēm nebija grūtību apgūt un paturēt atmiņā dažādus, ar hipokampa normālu darbību saistītus uzdevumus. Turklāt, injecējot pelēm ZIP, ilgtermiņa potenciāciju un atmiņas zaudēja gan peles ar, gan bez PKMζ.

Cenšoties izskaidrot konstatēto, pētnieki pieļāva iespējamību, ka peles, kas piedzimušas ar izslēgtu PKMζ varētu izstrādāt alternatīvu sinapses stiprinošu molekulu, līdzīgi, kā akliem dzīvniekiem un cilvēkiem informācijas iegūšanai pastiprinās citas maņas. Lai šādu iespējamību izslēgtu, viņi izveidoja vielu, kas normālām, pieaugušām pelēm nobloķēja PKMζ darbību. Taču joprojām, arī pēc blokatora saņemšanas, šiem dzīvniekiem, saņemot atbilstošus stimulus, sinapsēs veidojās ilgtermiņa potenciācija un notika atmiņu saglabāšanās.

Tas nozīmē, ka PKMζ nav atslēgas molekula ilgtermiņa atmiņu veidošanās procesā, kā tika uzskatīts, balstoties uz iepriekšējiem pētījumiem. "Mēs joprojām nezinām, uz ko iedarbojas ZIP peptīds," konstatē Volka. "To noskaidrot ir ļoti svarīgi, jo, kamēr tas nebūs izdarīts, mēs nespēsim saprast kā molekulārā līmenī notiek sinapšu stiprināšana un kā, reaģējot uz stimulu, veidojas atmiņas."

Augšējā attēlā: žurkas smadzeņu garozas neirons ar mākslīgi palielinātu PKMζ (zilā krāsā) sintēzes līmeni. SUNY Downstate Medicīnas centra publicitātes foto.

Avoti:
Lenora J. Volk, Julia L. Bachman, Richard Johnson, Yilin Yu, Richard L. Huganir. PKM-ζ is not required for hippocampal synaptic plasticity, learning and memory. Nature, 2013; DOI: 10.1038/nature11802 
hopkinsmedicine.org