Protein-Paar macht schnell Erinnerungen an neue Orte

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Anonim

Die Eingabe eines unbekannten Ortes bietet die Möglichkeit, eine neue Erinnerung zu erstellen. Eine neue Studie am Picower Institut für Lernen und Gedächtnis des MIT zeigt, wie zwei Proteine ​​in Aktion treten, um sicherzustellen, dass ein Gedächtnis innerhalb von Minuten kodiert wird.

Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/…1/index.html Während Neurowissenschaftler schon lange wussten, dass neue Proteine ​​für die Bildung neuer Erinnerungen geschaffen werden müssen, "hatten wir immer noch mehrere Fragen", sagt Weifeng Xu, Assistenzprofessor an der Abteilung für Hirn - und Kognitionswissenschaften und leitender Autor von das neue Papier in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften . "Wie schnell ist die Proteinsynthese für die Speichercodierung erforderlich? Welche Targets oder Proteinsynthesen korrelieren mit dem Codierprozess? Und sind diese Targets für die Codierung erforderlich?"

Um dies herauszufinden, führte Xus Team, darunter der Hauptautor und Forschungswissenschaftler Kendrick Jones am Picower Institute, Experimente an Mäusen in einer Gedächtnisregion namens Hippocampus durch. Die Proteine, die sie schnell gefunden haben, Neurogranin und FMRP, sind auch in Menschen vorhanden.

In der Tat wurden Abnormalitäten in beiden Proteinen mit neuropsychiatrischen und neurologischen Entwicklungsstörungen des Menschen in Verbindung gebracht - FMRP steht für "Fragile X Mental Retardation Protein", weil es für die genetische, autismusähnliche Erkrankung Fragiles X-Syndrom von zentraler Bedeutung ist; und frühere Studien haben Neurogranin mit Schizophrenie und geistiger Behinderung in Verbindung gebracht. Die neue Studie liefert daher nicht nur Erkenntnisse darüber, wie sich das Gehirn an neue Orte erinnert, sondern liefert auch neue Hinweise darauf, wie Probleme mit diesen beiden Proteinen in anderen Teilen des Gehirns, wie dem frontalen Kortex, die Wahrnehmung bei diesen Krankheiten untergraben könnten.

Speicher machende Maschinerie

Die Proteinbildung, die mit neuer Gedächtnisbildung einhergeht, findet an Synapsen statt, wo Neuronen sich in Schaltkreisen mit anderen Neuronen verbinden. Dies kann durch neuronale Aktivität ausgelöst werden, die durch bestimmte Ereignisse ausgelöst wird, wie zum Beispiel durch das Auffinden eines neuen Ortes.

Xus Team testete den Zeitrahmen, in dem neuartiger Kontextgedächtnis auftritt, indem ein Medikament verwendet wurde, um die neurale Proteinbildung zu vier verschiedenen Zeitpunkten zeitweise zu unterbrechen, wenn Mäuse in einen neuen Raum eingeführt wurden. Basierend auf den Ergebnissen der Tests der Mäuse am nächsten Tag, fanden die Forscher heraus, dass, wenn sie das Medikament 30 Minuten vor oder genau im Moment der Einführung von Mäusen in den neuen Raum verabreichten, sie Gedächtnisbildung verhindern konnten, aber das Medikament sofort verabreichten nach oder kurz nach der Kontextexposition hatte keine Auswirkung auf die Gedächtnisbildung. Angesichts dieses kurzen Zeitfensters und unter Berücksichtigung der Zeit, die das Medikament benötigt, um im Gehirn aktiv zu werden, hat die erste neue Proteinsynthese, die für die Kontexterinnerungsbildung erforderlich ist, einen schnellen Beginn und ist vorübergehend, sagte Xu.

Die nächste Frage war, welches Protein in diesem schnellen und flüchtigen Prozess synthetisiert wurde. Mit Blick auf den Hippocampus von Mäusen, die kürzlich in eine neue Umgebung versetzt wurden, konnten die Wissenschaftler Unterschiede in der Häufigkeit von mRNA (Molekülen, die Proteine ​​herstellen) von 28 plausiblen Kandidaten untersuchen. Nur Neurogranin zeigte einen deutlichen Anstieg der mRNA in den proteinbildenden Maschinerien oder Ribosomen der Mäuse, die an einem neuen Ort exponiert waren.

Während das Hervorbringen von Neurogranin bei neuen Orten aufstieg, war das notwendig, um eine Erinnerung an sie zu bilden? Um herauszufinden, nahm das Team die mRNA-Struktur genau unter die Lupe und formte ein Molekül, um seine Aktivität spezifisch zu blockieren. Die Einführung dieses Moleküls in den Hippocampus verhinderte die Bildung von Neurogranin und die Bildung von Gedächtnis. Außerdem wurde bei Mäusen, bei denen die Bildung von Neurogranin behindert wurde, durch die Rückführung von Neurogranin die Gedächtniskodierung wiederhergestellt. Zusammen haben diese Ergebnisse die Forscher überzeugt, dass Neurogranin in Hülle und Fülle für die Erinnerung an einen neuen Ort vorhanden sein muss, um Gestalt anzunehmen.

Dann untersuchten die Forscher die Art der translatorischen Regulation von Neurogranin und identifizierten FMRP als Interaktionspartner der Neurogranin-Boten-RNA unter Verwendung eines unvoreingenommenen Screenings. Indem sie das FMRP-Gen ausknockten, konnten sie beobachten, dass Mäuse ohne dieses Neurogranin nicht extra Neurotranin produzierten, wenn sie neuen Orten ausgesetzt waren und keine Erinnerung entwickelten. Angesichts der allgemeinen Häufigkeit von Neurogranin-mRNA im Hippocampus vermutet Xu, dass FMRP und möglicherweise ein anderes Protein derselben Familie, FXR2P, die Translation von Neurogranin-mRNAs im Ribosom regulieren. Auf dem Signal eines neuen Kontexts lässt der Komplex Neurogranin entstehen eine höhere Rate, mutmaßte Xu, fast so, als ob Neurogranin-mRNA für eine schnelle Wirkung auf einen Hinweis inszeniert wäre.

"Wir sind wirklich in einem frühen Stadium zu verstehen, warum es so schnell ist", sagte sie. "Es könnte sein, dass das Ribosom bereits mit der mRNA auch mit FMRP und FXR2P-Komplex beladen ist. Neue Erfahrungsexposition kann die Syntheserate irgendwie verbessern."