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Die Kraft Des Speichermoleküls
Die Kraft Des Speichermoleküls

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Anonim

Wissenschaftler zeigen, dass es möglich ist, bestimmte Erinnerungen im Gehirn zu löschen.

Eine neue Studie von Forschern des Medical College of Georgia und des Shanghai Institute of Brain Functional Genomics zeigt, dass ein Enzym namens Alpha-Calcium / Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (αCaMKII) [dies ist eine Art von CaM-Kinase] für die Bildung essentiell ist und Abrufen von Erinnerungen. Durch kurzes Ändern des Niveaus der αCaMKII-Aktivität in verschiedenen Stadien des Speicherprozesses konnten sie die Übertragung neuer Speicher von der Kurzzeit- zur Langzeitspeicherung verhindern und bestimmte Speicher beim Abrufen selektiv löschen.

CaMKII kommt nur im Gehirn vor und macht mehr als 1 Prozent der Proteine ​​in diesem Organ aus. Das Enzym scheint ein Schlüsselmediator für die Langzeitpotenzierung (LTP) zu sein, den Prozess, durch den die Verbindungen zwischen Neuronen gestärkt werden, und der als zelluläre Grundlage für Lernen und Gedächtnis angesehen wird. Es ist an den NMDA-Rezeptor gebunden, von dem bekannt ist, dass er an der synaptischen Plastizität beteiligt ist, und wird durch durch ihn eintretende Calciumströme aktiviert. Bei der Aktivierung dissoziiert sich CaMKII vom Rezeptor und reguliert die Aktivität von Dutzenden von Proteinen in mehreren Signalwegen. Das Endergebnis ist, dass ein einzelnes Enzym eine Vielzahl entscheidender zellulärer Aktivitäten moduliert.

Angst löschen

Um die Funktion von αCaMKII besser zu verstehen, erzeugten der Neurowissenschaftler Joe Tsien vom Medical College of Georgia und seine Kollegen einen Stamm transgener Mäuse, die erhöhte αCaMKII-Spiegel im Vorderhirn exprimierten. Die Mäuse exprimierten jedoch keine Standardversion des Enzyms: Die Wissenschaftler hatten das Molekül so konstruiert, dass es über ein Inhibitormolekül jeweils 40 Minuten lang selektiv ausgeschaltet werden konnte.

Die Forscher trainierten diesen Mäusestamm (zusammen mit einer Kontrollgruppe) in drei verschiedenen Gedächtnisaufgaben. Als die Rückruftests eine Stunde später durchgeführt wurden, wurde festgestellt, dass die Mäuse mit erhöhten αCaMKII-Spiegeln bei allen drei Aufgaben stark beeinträchtigt waren. Wenn sie 15 Minuten vor den Rückruftests mit dem αCaMKII-Inhibitor behandelt wurden, war ihre Leistung jedoch mit der der Kontrollen vergleichbar, was darauf hindeutet, dass die frühere schlechte Leistung auf Defizite beim Rückruf und nicht auf Speichererfassung oder -speicherung zurückzuführen war.

In einer weiteren Reihe von Experimenten wurden die Rückruftests einen Monat nach dem Training durchgeführt. Diejenigen Transgene, die 15 Minuten vor dem Rückruf mit dem αCaMKII-Inhibitor behandelt wurden, zeigten eine normale Leistung. Wenn der Inhibitor jedoch zwei Tage vor dem Training und dann kontinuierlich 28 Tage lang verabreicht wurde, so dass er zwei Tage entfernt wurde, bevor die Mäuse aufgefordert wurden, sich an das Gedächtnis zu erinnern, zeigten die transgenen Mäuse erneut schwere Gedächtnisdefizite. Die Mäuse wurden dann gezwungen, einen Monat nach dem Training zwei Rückruftests durchzuführen, wobei die aCaMKII-Aktivität nur während des zweiten inhibiert wurde. Wenn die Gedächtnisstörungen auf Rückrufdefizite zurückzuführen wären, würden die Mäuse die Erinnerungen im zweiten Versuch erfolgreich abrufen. Wenn sie andererseits auf das Löschen der Erinnerungen zurückzuführen sind, sollte der Rückruf in beiden Versuchen fehlschlagen. Sicher genug, die Transgene, die während des zweiten Versuchs mit dem αCaMKII-Inhibitor behandelt wurden, zeigten in beiden Versuchen immer noch eine sehr schlechte Leistung, was darauf hindeutet, dass die Erinnerungen zum Zeitpunkt des Rückrufs tatsächlich gelöscht wurden.

Schließlich zeigte eine Reihe von sequentiellen Abrufaufgaben, dass die Speicherlöschung hochselektiv war. Die Mäuse wurden erneut in zwei von drei früheren Gedächtnisaufgaben trainiert, bei denen es um Angstkonditionierung ging. Sie wurden in eine unterteilte Kammer gebracht und erhielten mehrere leichte Elektroschocks; Nach einigen Versuchen lernten sie, den Schock mit dem Fach zu verbinden, in dem er gegeben worden war, und mit einem lauten Geräusch, das zusammen mit den Schocks präsentiert worden war. Einen Monat später zeigten die Kontrollmäuse, als sie wieder in den gleichen Teil der Schachtel gebracht wurden, Angstverhalten - sie erstarrten schnell, wenn sie in die Kammer zurückkehrten -, aber die Transgene taten dies nicht.

Später, außerhalb der Kammer, wurde den Tieren das Geräusch präsentiert, das sie zuvor gelernt hatten, mit einem elektrischen Schlag in Verbindung zu bringen. Diesmal verhielten sich die Transgene, die 15 Minuten vor dem Rückruftest mit dem αCaMKII-Inhibitor behandelt wurden, genau wie die Kontrollen - sie erstarrten, als sie den Ton hörten. Dieser Befund legt nahe, dass sie, obwohl ihr Angstgedächtnis an die Box gelöscht worden war, immer noch in der Lage waren, sich an die Verbindung zwischen dem elektrischen Schlag und dem Geräusch zu erinnern. Es wurde auch festgestellt, dass die Speicherlöschung sehr schnell erfolgt. In allen Rückruftests zeigten die unbehandelten Transgene in der ersten Testminute zunächst eine gute Leistung, aber das Gedächtnis der Assoziation nahm schnell ab, so dass die Leistung nach Minuten zunehmend schlechter wurde.

Eine Heilung für PTBS?.

Diese Studie zeigt, dass αCaMKII für das Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis von entscheidender Bedeutung ist und dass beide Arten des Gedächtnisses dieselben molekularen Mechanismen aufweisen. Es wird angenommen, dass die in der Studie untersuchten kontextuellen und Cue-Angst-Erinnerungen durch überlappende neuronale Schaltkreise codiert werden. Es scheint also, dass die selektive Speicherlöschung bei bestimmten Teilmengen von Synapsen innerhalb dieser Schaltkreise auftritt, da die Forscher in der Lage waren, einen dieser Speicher während dieser Zeit zu löschen den anderen schonen.

Theoretisch wären αCaMKII-Inhibitoren zur Behandlung von Erkrankungen wie der posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS) nützlich, bei denen Menschen traumatische Erinnerungen nicht vergessen können. (Der Film Ewiger Sonnenschein des makellosen Geistes stellte sich beispielsweise ein Szenario vor, in dem Menschen Erinnerungen selektiv löschen konnten.) In der Praxis gibt es jedoch enorme Schwierigkeiten bei der Entwicklung solcher Verbindungen für die Verwendung beim Menschen, und solche Behandlungen würden dies tun Fall werfen ernsthafte ethische Fragen auf. Dennoch ist dieses Papier ein wichtiger Fortschritt beim Verständnis, wie chemische Pfade im Gehirn Ereignisse und Erfahrungen codieren und abrufen können.

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