Kajian mendedahkan 'gam molekul' yang menggalakkan pembentukan dan penstabilan ingatan

Sama ada lawatan pertama kami ke zoo atau saat kami belajar menunggang basikal, kami mempunyai kenangan zaman kanak-kanak yang kekal seumur hidup. Tetapi apakah yang membuatkan kenangan ini bertahan lama?

Satu kajian yang diterbitkan dalam jurnal Science Advances oleh pasukan saintis antarabangsa telah mendedahkan asas biologi untuk ingatan jangka panjang. Penemuan utama adalah peranan molekul KIBRA, yang bertindak sebagai "gam" untuk molekul lain, dengan itu mengukuhkan pembentukan kenangan.

"Percubaan sebelum ini untuk memahami bagaimana molekul menyimpan kenangan jangka panjang telah memberi tumpuan kepada tindakan individu molekul individu," jelas Andre Fenton, seorang profesor neurosains di Universiti New York dan salah seorang penyelidik utama. "Kajian kami menunjukkan bagaimana molekul ini berinteraksi antara satu sama lain untuk memastikan kenangan disimpan secara kekal."

"Pemahaman yang lebih baik tentang cara kami menyimpan ingatan kami akan membantu memaklumkan usaha masa depan untuk mengkaji dan merawat gangguan berkaitan ingatan," tambah Todd Sacktor, seorang profesor di SUNY Downstate Health Sciences dan salah seorang penyelidik utama.

Telah lama diketahui bahawa neuron menyimpan maklumat dalam corak sinaps yang kuat dan lemah, yang menentukan ketersambungan dan fungsi rangkaian saraf. Walau bagaimanapun, molekul dalam sinaps tidak stabil, sentiasa bergerak di dalam neuron, haus, dan digantikan dalam beberapa jam atau hari, yang menimbulkan persoalan: bagaimana kenangan boleh stabil selama bertahun-tahun atau dekad?

Dalam model tetikus, para penyelidik memberi tumpuan kepada peranan KIBRA, protein yang dinyatakan dalam buah pinggang dan otak yang varian genetiknya dikaitkan dengan ingatan yang baik dan lemah. Mereka mengkaji bagaimana KIBRA berinteraksi dengan molekul lain yang penting untuk pembentukan ingatan, dalam kes ini protein kinase Mzeta (PKMzeta). Enzim ini adalah molekul utama untuk menguatkan sinaps normal dalam mamalia, tetapi ia rosak selepas beberapa hari.

Eksperimen telah menunjukkan bahawa KIBRA ialah "pautan hilang" dalam ingatan jangka panjang, bertindak sebagai "tag sinaptik kekal" atau gam yang melekat pada sinaps kuat dan PKMzeta sambil mengelakkan sinaps lemah.

"Apabila ingatan sedang dibentuk, sinaps yang terlibat dalam proses itu diaktifkan, dan KIBRA diletakkan secara selektif pada sinaps tersebut," jelas Sacktor, seorang profesor fisiologi, farmakologi, anestesiologi dan neurosains di SUNY Downstate. "PKMzeta kemudiannya melekat pada teg sinaptik KIBRA dan memastikan sinaps itu kuat. Ini membolehkan sinaps melekat pada KIBRA yang baru dibentuk, menarik lebih banyak PKMzeta yang baru dibentuk."

Lebih khusus lagi, eksperimen mereka, yang diterangkan dalam makalah dalam Science Advances, menunjukkan bahawa memutuskan sambungan KIBRA-PKMzeta memadamkan kenangan lama.

Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa peningkatan rawak dalam PKMzeta dalam otak meningkatkan ingatan yang lemah atau pudar, yang membingungkan kerana ia akan bertindak di lokasi rawak. Penandaan sinaptik berterusan oleh KIBRA menerangkan sebab PKMzeta tambahan meningkatkan ingatan dengan bertindak hanya di lokasi yang ditandakan oleh KIBRA.

"Mekanisme penandaan sinaptik berterusan menerangkan buat pertama kalinya penemuan ini, yang mempunyai implikasi klinikal untuk gangguan ingatan neurologi dan psikiatri, " kata Fenton, yang juga di Institut Neurosains Pusat Perubatan NYU Langone.

Penulis kertas mencatat bahawa kajian itu mengesahkan konsep yang diperkenalkan pada tahun 1984 oleh Francis Crick. Sacktor dan Fenton menegaskan bahawa hipotesisnya untuk menerangkan peranan otak dalam menyimpan ingatan walaupun perubahan selular dan molekul yang berterusan adalah mekanisme "Kapal Theseus" - hujah falsafah dari mitologi Yunani di mana papan baru menggantikan yang lama untuk menyokong "Kapal Theseus" selama ini.

"Mekanisme penandaan sinaptik yang berterusan adalah serupa dengan cara papan baharu menggantikan papan lama untuk mengekalkan Ship of Theseus merentas generasi, dan membolehkan kenangan berterusan selama bertahun-tahun walaupun protein yang menyokong memori diganti," kata Sacktor.

"Francis Crick secara intuitif meramalkan mekanisme Ship of Theseus ini, malah meramalkan peranan protein kinase. Tetapi mengambil masa selama 40 tahun untuk mengetahui bahawa komponen tersebut adalah KIBRA dan PKMzeta, dan untuk mengetahui mekanisme ia berinteraksi."