Hoe een sleuteleiwit het geheugen stimuleert, leren in de volwassen hersenen
Een eiwit dat een sleutelrol speelt bij de vroege neurale ontwikkeling is ook essentieel voor leren en geheugen in de hersenen van volwassenen.
Het eiwit, netrine genaamd, versterkt de verbindingen tussen hersencellen.
Dit blijkt uit recent onderzoek onder leiding van het Montreal Neurological Institute and Hospital (The Neuro), een onderwijs- en onderzoeksinstituut van de McGill University in Canada.
Wetenschappers wisten al dat netrine essentieel is voor de ontwikkeling van de embryonale en jonge hersenen, waar het helpt bij het maken van verbindingen tussen hersencellen of neuronen.
Uit recent onderzoek blijkt dat het eiwit ook die neurale verbindingen of synapsen versterkt in de hippocampus van de volwassen hersenen, een gebied dat betrokken is bij geheugen en leren.
Het journaal Celrapporten heeft onlangs een paper gepubliceerd over de studie, die het team heeft uitgevoerd op cellen uit zich ontwikkelende en volwassen rattenhersenen.
"Het was een mysterie", zegt senior onderzoeksauteur Dr. Timothy E. Kennedy, die een onderzoekslaboratorium runt bij The Neuro, "waarom neuronen doorgaan met het maken van netrine in de hersenen van volwassenen nadat alle verbindingen al in de kindertijd waren gemaakt."
Molecuul sleutel voor versterking van de synaps
Volgens Dr. Kennedy zagen de wetenschappers dat een neuron netrine vrijgeeft wanneer het actief wordt. Het eiwit versterkt de verbinding met een naburig neuron door de twee neuronen te signaleren om 'de synaps sterker te maken'.
De recente studie volgt op een lange reeks werk die bijna 7 decennia geleden begon toen Donald Hebb, een professor psychologie aan de McGill University, zijn ideeën voorstelde over hoe de hersenen leren en herinneringen maken.
Wat later de titel Hebbian Theory kreeg, waren zijn ideeën bedoeld om uit te leggen hoe neurale circuits zich ontwikkelen als gevolg van ervaring.
Hebb beweerde dat de sterkte of zwakte van synaptische verbindingen afhangt van hoe vaak ze worden gebruikt: hoe meer ze worden gebruikt, hoe sterker en sneller ze worden.
In zijn boek uit 1949 De organisatie van gedrag: een neuropsychologische theorie, beschreef hij hoe hij zich het proces van synapsversterking voorstelde. Wanneer het ene neuron dicht genoeg bij het andere is en het blijft afvuren, "vindt er een groeiproces of metabolische verandering plaats in een of beide cellen."
"We zeggen", legt dr. Kennedy uit, "dat dit nieuwe moleculaire mechanisme, dat we 69 jaar later ontdekten, centraal staat in deze theorie."
Synaptische veranderingen liggen ten grondslag aan geheugen, leren
Het was de publicatie in 1957 van een baanbrekend artikel van Brenda Milner, die onder supervisie van Hebb promoveerde aan The Neuro, die het idee introduceerde dat de hippocampus van de hersenen een cruciale rol speelt bij sommige soorten geheugen en leren.
"Als je het terugbrengt tot één molecuul," vervolgt Dr. Kennedy, "is de gereguleerde afgifte van netrine essentieel voor het soort synaptische veranderingen die ten grondslag liggen aan de veranderingen in het neuron die betrokken zijn bij leren en geheugen, en dat was wat Milner was. praten over."
Hij en zijn collega's merkten ook op dat, om de synapsen te versterken, netrine moet worden vrijgegeven in de "extracellulaire ruimte".
Hierdoor vroegen ze zich af welke extra mogelijkheden dit zou kunnen bieden om met andere neuronen om te gaan.
Genstudies hebben de betrokkenheid van netrine aangetoond bij ziekten die hersenweefsel vernietigen, waaronder amyotrofische laterale sclerose, de ziekte van Parkinson en de ziekte van Alzheimer. Deze hebben echter geen onderliggende mechanismen geïdentificeerd.
‘Eerder onontdekt doelwit’
Al met al bevordert het werk duidelijk ons begrip van hoe de hersenen herinneringen vormen en opslaan, zegt het team.
Het "biedt ook een nieuw, voorheen onontdekt doelwit voor ziekten die de geheugenfunctie beïnvloeden", zegt hoofdonderzoeksauteur Stephen Glasgow, een onderzoeksmedewerker bij The Neuro.
Dr. Kennedy suggereert dat een ideale manier om de geheugenfunctie te behouden zou zijn om medicijnen te hebben die gericht zijn op moleculaire activiteit bij synapsen.
Recente studies van het volwassen brein hebben veel inactieve synaptische verbindingen blootgelegd. Er is niets mis met hen - ze zijn gewoon "uitgeschakeld, zoals gloeilampen", legt hij uit.
Hij speculeert dat er misschien "een reservoir van synapsen is dat kan worden gebruikt om de sterkte van verbindingen tussen neuronen te veranderen".
Als dat het geval blijkt te zijn, denken hij en zijn collega's dat ze "een moleculair mechanisme hebben gevonden om die synapsen aan te zetten".
Met dergelijke ideeën in gedachten, zijn ze nu van plan om erachter te komen wat er met neuronen gebeurt als ze hen netrine leveren of ontnemen.
"We hebben een enorm doelwit voor drugs geïdentificeerd."
Dr. Timothy E. Kennedy
