ID „Memory Molecule“ in der Fruchtfliegenstudie
Das Ergebnis, veröffentlicht in der Zeitschrift Grenzen in neuronalen Schaltkreisenist wichtig, da das Molekül ein neues Ziel für therapeutische Interventionen zur Umkehrung des Gedächtnisverlusts darstellen kann.
Wissenschaftler der Universität Bristol versuchten, die Mechanismen, die die Bildung von Erinnerungen ermöglichen, besser zu verstehen, indem sie die molekularen Veränderungen im Hippocampus untersuchten, einem Gehirnbereich, der entscheidend am Lernen beteiligt ist.
Forscher sagten, frühere Studien hätten gezeigt, dass unsere Fähigkeit, Erinnerungen zu lernen und zu formen, auf einer Zunahme der synaptischen Kommunikation beruht, die als Langzeitpotenzierung oder LTP bezeichnet wird. Diese Kommunikation wird durch einen chemischen Prozess initiiert, der durch das Eindringen von Kalzium in Gehirnzellen und die Aktivierung eines Schlüsselenzyms namens „Ca2 + responsive Kinase“ (CaMKII) ausgelöst wird.
Sobald dieses Protein durch Kalzium aktiviert wird, löst es einen Wechsel in seiner eigenen Aktivität aus, so dass es auch nach dem Verschwinden des Kalziums aktiv bleibt. Diese besondere Fähigkeit von CaMKII, seine eigene Aktivität aufrechtzuerhalten, wurde als "molekularer Gedächtnisschalter" bezeichnet.
Bisher blieb die Frage offen, was diesen chemischen Prozess in unserem Gehirn auslöst, der es uns ermöglicht, Langzeitgedächtnisse zu lernen und zu bilden.
Das Forschungsteam führte Experimente mit der gemeinsamen Fruchtfliege durch (Drosophila) die molekularen Mechanismen hinter diesem Schalter zu analysieren und zu identifizieren. Mithilfe fortschrittlicher molekulargenetischer Techniken, die es ihnen ermöglichten, das Gedächtnis der Fliegen vorübergehend zu hemmen, konnte das Team ein Gen namens CASK als das synaptische Molekül identifizieren, das diesen „Gedächtnisschalter“ reguliert.
James Hodge, Ph.D., der Hauptautor der Studie, sagte: „Fruchtfliegen sind für diese Art von Studie bemerkenswert kompatibel, da sie ähnliche neuronale Funktionen und neuronale Reaktionen auf Menschen besitzen. Obwohl sie klein sind, sind sie sehr schlau - zum Beispiel können sie an der Decke landen und feststellen, dass die Früchte in Ihrer Obstschale abgegangen sind, bevor Sie können. “
„In Experimenten, bei denen wir die Lern- und Gedächtnisfähigkeit der Fliegen getestet haben und dabei zwei Gerüche mit einem leichten Schock an die Fliegen gebracht haben, haben wir festgestellt, dass rund 90 Prozent die richtige Wahl treffen konnten, um den damit verbundenen Geruch zu vermeiden der Schock.
"Fünf Lektionen des Geruchs mit Bestrafung ließen die Fliege daran denken, diesen Geruch zwischen 24 Stunden und einer Woche zu vermeiden, was für ein Insekt, das nur ein paar Monate lebt, eine lange Zeit ist."
Durch die Lokalisierung der Funktion dieser Schlüsselmoleküle stellten die Forscher fest, dass die Fliegen, denen diese Gene fehlen, eine gestörte Gedächtnisbildung zeigten. In wiederholten Gedächtnistests wurde gezeigt, dass diejenigen, denen diese Schlüsselgene fehlen, nach drei Stunden (Mittelgedächtnis) und 24 Stunden (Langzeitgedächtnis) keine Erinnerungsfähigkeit mehr haben, obwohl ihr anfängliches Lernen oder Kurzzeitgedächtnis nicht beeinträchtigt wurde.
Schließlich führte das Team eine Kopie des menschlichen CASK-Gens - zu 80 Prozent identisch mit dem CASK-Gen der Fliege - in das Genom einer Fliege ein, der ihr eigenes CASK-Gen völlig fehlte und die sich daher normalerweise nicht erinnern konnte. Die Forscher fanden heraus, dass Fliegen, die eine Kopie des menschlichen CASK-Gens hatten, sich wie eine normale Wildtyp-Fliege erinnern konnten.
Hodge von der Fakultät für Physiologie und Pharmakologie der Universität sagte: "Die Erforschung des Gedächtnisses ist besonders wichtig, da es uns ein Gefühl der Identität gibt und Lern- und Gedächtnisdefizite bei vielen Krankheiten, Verletzungen und während des Alterns auftreten."
„Die Kontrolle von CASK über den CaMKII-Schalter für das molekulare Gedächtnis ist eindeutig ein entscheidender Schritt, wie Erinnerungen in Neuronen im Gehirn geschrieben werden. Diese Erkenntnisse ebnen nicht nur den Weg für die Entwicklung neuer Therapien, die die Auswirkungen von Gedächtnisverlust umkehren, sondern auch die Kompatibilität von Drosophila Modellierung dieser Krankheiten im Labor und Suche nach neuen Medikamenten zur Behandlung dieser Krankheiten.
"Darüber hinaus bietet diese Arbeit einen wichtigen Einblick in die Entwicklung der enormen Fähigkeit des Gehirns, Informationen zu erfassen und zu speichern."
Quelle: Universität Bristol
