Jak ustalili naukowcy, poziom pewnego pojedynczego enzymu w mózgu szczurów pozostaje istotnie powiązany z trwałością śladów pamięciowych przechowywanych w magazynie pamięci długotrwałej. Wzrost poziomu enzymu w mózgu w znacznym stopniu polepsza pamięć długotrwałą i może prowadzić do odświeżenia nawet dawnych, zanikających już wspomnień. Spadek poziomu enzymu może prowadzić z kolei do ich wymazywania.

Odkrycie jest o tyle przełomowe, że pozwoliło na identyfikację pojedynczego czynnika enzymatycznego, który na zasadzie prostej, niemal wprost proporcjonalnej zależności wpływa na funkcjonowanie pamięci długotrwałej, w tym jej trwałość, a przy tym jego działanie nie jest ograniczone do okresów tzw. okienek (okresów szczególnej wrażliwości), lecz oddziałuje na funkcje pamięci i trwałość śladu pamięciowego w sposób bardziej uogólniony.

Model mysi i szczurzy często sprawdza się przy przenoszeniu wyników badań prowadzonych na zwierzętach na mózg człowieka, stąd nic dziwnego, że wyniki wspomnianych badań uznano w świecie naukowym za warte szczególnej uwagi.

Tydzień Mózgu

"Nasze badania są pierwszymi, w których udało się zademonstrować, w dodatku na funkcjonującym mózgu i zachowaniu żywego zwierzęcia, że jedna substancja chemiczna, enzym PKMζ, jest zarówno koniecznym, jak i wystarczającym czynnikiem dla zachowania pamięci długotrwałej" - wyjaśnia dr Todd Sacktor, profesor fizjologii, farmakologii i neurologii w SUNY Downstate Medical Center w Nowym Jorku, stypendysta amerykańskiego Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego (NIMH).

Dr Sacktor i dr Yadin Dudai z Weizmann z Institute of Science w Rehovot (Izrael) wraz z zespołem współpracowników opublikowali raport ze swoich badań 4 marca bieżącego roku na łamach Science.

Jak zauważa dr Sacktor, w przeciwieństwie do wyników innych badań prowadzonych nad czynnikami sprzyjającymi poprawie pamięci, mechanizm oparty na działaniu PKMζ nie wykorzystuje koncepcji krytycznych okienek, kiedy ślad pamięciowy staje się szczególnie zmienny i podatny na zniekształcenia, czyli zaraz po uczeniu się i przy wydobywaniu śladu pamięciowego z magazynu pamięci długotrwałej.

Sacktor nawiązuje tu do wyników innych, całkiem świeżych badań, prowadzonych nad problematyką poprawy pamięci przez zespół badawczy pracujących pod kierunkiem dr Cristiny Alberini i opublikowanych w styczniu bieżącego roku w Nature. Badania te donosiły o poprawie pamięci występującej u szczurów w odpowiedzi na zastosowanie mało znanego, naturalnego czynnika wzrostowego, który jednak był skuteczny tylko w bardzo ograniczonym czasie, w którym pamięć okazywała się szczególnie podatna na jego działanie.

Nie są to też pierwsze badania nad enzymologią pamięci, w których brał udział Sacktor i jego zespół badawczy. We wcześniejszych badaniach udało im się wykazać, że nawet po paru tygodniach po utrwaleniu u szczurów skojarzeń doznań prowokujących wymioty z sacharyną (i nauczeniu ich w ten sposób awersji do słodkości), chętka na słodycze powracała laboratoryjnym gryzoniom w ciągu zaledwie kilku godzin, jeżeli podano w tym czasie chemiczny bloker enzymu PKMζ w płaszczu zewnętrznym mózgu, czyli korze nowej (neocortex), gdzie znajdują się ośrodki nerwowe odpowiedzialne za przechowywanie wspomnień w magazynie pamięci długotrwałej.

W najnowszych badaniach nad wpływem PKMζ na funkcje pamięci długotrwałej, które miały - co jest w zasadzie standardem obowiązujacym w neuronauce - charakter interdyscyplinarny, wykorzystano z jednej strony metody inżynierii genetycznej, z drugiej - podejście oparte na psychologicznych prawach uczenia się, dokładnie - utrwalaniu skojarzeń awersyjnych.

Celem badań było, między innymi, potwierdzenie wyników wcześniejszych badań oraz zademonstrowanie, poprzez doprowadzenie do zwiększenia ilości enzymu, odwrotnego (w stosunku do poprzednich badań) efektu jego działania.

Aby tego dokonać, naukowcy musieli najpierw wyhodować wirusa, który następnie zainfekował neurony kory mózgowej nadmiarowymi genami kodującymi PKMζ. Doprowadziło to do znacznego wzrostu poziomu enzymu w korze mózgowej i jednocześnie znacznej poprawy pamięci. Natomiast wprowadzenie zmutowanej i nieaktywnej formy enzymu, która zastąpiła enzym występujący naturalnie w mózgu, powodowało utratę pamięci, podobnie jak to miało miejsce w przypadku zastosowania chemicznego blokera enzymu.

Niestety, jak dotąd nie wiadomo, czy wspomniany mechanizm enzymatyczny będzie mógł znaleźć zastosowanie w utrwalaniu lub wymazywaniu konkretnej kategorii wspomnień, co dawałoby nadzieje na jego przyszłe lecznicze czy terapeutyczne wykorzystanie. Jak dotąd wiadomo jedynie tyle, że PKMζ działa prawdopodobnie nie selektywnie, ale bardziej globalnie, tj. oddziałuje na wszystkie rodzaje wspomnień, przechowywanych w korze mózgowej.

Jak działa PKMζ? Naukowcy zdają się dysponować pewnymi hipotezami. Jak mówi dr Sacktor: "Przypuszczalne wyjaśnienie występowania poprawy pamięci opiera się na tym, że PKMζ może działać w niektórych synapsach, czyli połączeniach między neuronami w mózgu, a w innych nie. Nadmiarowy enzym PKMζ może być wybiorczo przechwytywany przez znaczniki molekularne, które są charakterystyczne właśnie dla tych połączeń nerwowych w mózgu, które są aktualnie potrzebne, tak jak to jest w przypadku synaps, które są odpowiedzialne za przechowywanie pamięci nabytej w toku uczenia się".

[Tłum./oprac. C. O. Reless]

Źródło: NIH

Referencje dokumentu:

Shema R, Haramati S, Ron S, Hazvi S, Chen A, Sacktor TC, Dudai Y. Enhancement of consolidated long-term memory by overexpression of protein kinase Mzeta in the neocortex. 03/2/2011, Science.

How does PKMzeta maintain long-term memory? Sacktor TC. Nat Rev Neurosci. 2011 Jan;12(1):9-15. Epub 2010 Dec 1. Review. PMID:21119699

Dalsze informacje: SUNY Downstate Medical Center - Todd C. Sacktor