Entdeckung deckt auf, wie ein wichtiges Protein hilft Übersetzen Learning in den Speicher

Wissenschaftler an der Gladstone Institute haben entschlüsselt , wie ein Protein namens Arc die Aktivität von Nervenzellen reguliert - Bereitstellung von dringend benötigten Indizien in die Fähigkeit des Gehirns , um bleibende Erinnerungen zu bilden. Diese Ergebnisse , in gemeldet Nature Neuroscience, Bieten auch neu gewonnene Verständnis darüber, was sich auf molekularer Ebene , wenn dieser Prozess gestört wird .

Von Gladstone Senior Investigator Steve Finkbeiner , MD, PhD , vertiefte sich diese Forschung tief in das Innenleben von Synapsen . Synapsen sind die Übergänge, die hoch spezialisierte und Informationen zwischen den Nervenzellen verarbeiten, zu übertragen. Die meisten Synapsen unseres Gehirns überhaupt haben, sind in der frühen Entwicklung des Gehirns gebildet , sondern in unserer Lebenszeit können diese Synapsen werden , gebrochen und gestärkt. Synapsen, die aktiver sind stärker geworden , ein Prozess, der wesentlich für die Bildung neuer Erinnerungen ist . Allerdings ist dieses Verfahren auch gefährlich , da es die Neuronen überreizt und führen zu epileptischen Anfällen . Es ist daher in Schach gehalten werden .

Neurowissenschaftler kürzlich entdeckte ein wichtiger Mechanismus, der das Gehirn nutzt , um diese wichtige Gleichgewicht zu halten : " . Homeostatic Skalierung " einen Prozess namens Homöostatischen Skalierung ermöglicht einzelnen Neuronen , die neuen synaptischen Verbindungen sie gemacht haben , um Erinnerungen zu bilden zu stärken , während gleichzeitig der Schutz der Nervenzellen von immer übermäßig aufgeregt . Genau wie die Neuronen ziehen diese aus hat Forscher entgangen , aber sie vermutet, dass die Arc -Protein eine Schlüsselrolle gespielt .

"Die Wissenschaftler wussten, dass Arc war in das Langzeitgedächtnis beteiligt , weil Mäuse ohne die Arc -Protein könnte neue Aufgaben zu lernen, aber nicht , um sie am nächsten Tag erinnern", sagte Dr. Finkbeiner, der auch ein Professor für Neurologie und Physiologie an der University of California, San Francisco ( UCSF ), mit dem Gladstone wird dem Unternehmen assoziiert. "Weil ersten Beobachtungen zeigten Arc Akkumulieren an den Synapsen während des Lernens, dachten die Forscher, dass Präsenz Arc an diesen Synapsen fuhr die Bildung von bleibende Erinnerungen . "

Aber Dr. Finkbeiner und sein Team dachte, dass es etwas anderes im Spiel. In Laborversuchen zunächst im Tiermodell und dann in größerem Detail in der Petrischale , verfolgten die Forscher Arc Bewegungen . Und was sie fanden, war überraschend.

" Bei einzelnen Neuronen während des Lernens werden angeregt , beginnt Arc um an den Synapsen sammeln - aber was wir entdeckt, dass bald nach , die Mehrheit der Arc wird in den Zellkern pendelte ", sagte Erica Korb, PhD, das Papier der Autor führen , die hat ihr Diplom-Arbeit in Gladstone und UCSF . " Ein genauerer Blick offenbart drei Bereiche innerhalb des Arc -Protein selbst , die seine Bewegungen zu lenken : . Einem Arc exportiert aus dem Zellkern , eine zweite transportiert sie in den Zellkern , und eine dritte hält sie es Das Vorhandensein dieser komplexen und stark regulierten System ist stark Hinweise darauf, dass dieses Verfahren biologisch wichtig. "

In der Tat offenbart Experimente des Teams , dass Arc fungierte als Hauptregulator des gesamten homeostatic Skalierungsprozess . Während der Gedächtnisbildung , bestimmte Gene müssen und zu sehr bestimmten Zeiten , um Proteine, die Neuronen legen neue Erinnerungen zu helfen erzeugen ausgeschaltet werden. Aus dem Inneren des Kerns , fanden die Autoren , daß es Bogen, der dieses Verfahren zur homöostatischen Skalierungs auftritt erforderlich gerichtet . Dies stärkte die synaptischen Verbindungen ohne überstimulierend sie - so die Übersetzung lernen in Langzeitgedächtnis .

"Diese Entdeckung ist wichtig, nicht nur weil es eine langjährige Geheimnis über die Rolle der Arc in Langzeitgedächtnisbildunglöst , gibt aber auch neue Einblicke in die homöostatischen Skalierungsprozess selbst - Störungen , bei denen schon in einer ganzen Reihe in Verbindung gebracht von neurologischen Erkrankungen ", sagte Dr. Finkbeiner . "Zum Beispiel, vor kurzem entdeckten Wissenschaftler, dass Arc ist im Hippocampus erschöpft , Speicherzentrumdes Gehirns , in Alzheimer-Krankheit Patienten. Es ist möglich, dass Störungen der Homöostase Skalierungsprozess kann auf die Lern- und Gedächtnisdefizitenbei Alzheimer gesehen beitragen . "

Funktionsstörungen in Arc Produktion und Transport kann auch ein wichtiger Spieler in Autismus. Zum Beispiel kann die genetische Störung Fragiles X-Syndrom - eine häufige Ursache von sowohl geistige Retardierung und Autismus , wirkt sich unmittelbar auf die Produktion von Arc in Neuronen.

"In Zukunft ", ergänzt Dr. Korb, " wir hoffen, dass weitere Forschung in Arc Rolle in der menschlichen Gesundheit und Krankheit kann noch tieferen Einblick in diese und andere Erkrankungen zu schaffen, und auch die Grundlagen für neue therapeutische Strategien , um sie zu bekämpfen. "