أخبار:التعرف على البروتين الرابط لتفاصيل الذكريات القديمة بالمخ
- التعرف على الپروتين الرابط لتفاصيل الذكريات القديمة بالمخ، مما يفسر كيفية احتفاظنا بذكرياتنا القديمة بعد تدهور پروتينات المخ وتجددها.
في 22 أكتوبر 2024، توصل فريق من العلماء إلى اكتشاف هام حول كيفية احتفاظ المخ بالذكريات طويلة الأمد. حدد العلماء پروتين KIBRA، الذي يعمل بمثابة "غراء" لتثبيت PKMζ، وهو پروتين ضروري لتعزيز الروابط المشبكية بين الخلايا العصبية. ويضمن هذا التفاعل عدم فقدان الذكريات مع تدهور پروتينات المخ وتجددها، مما يوفر فهمًا أعمق لاستقرار الذاكرة. وقد نُشرت النتائج في مجلة ساينس أدڤنسز. كان العلماء مدفوعين بسؤال قديم في علم الأعصاب: كيف يمكن للذكريات أن تدوم لسنوات أو حتى عقود عندما تستبدل الجزيئات في المخ باستمرار؟ تخزن الخلايا العصبية المعلومات بقوة المشابك العصبية، لكن الپروتينات والجزيئات في تلك المشابك غير مستقرة وتتحلل بعد بضعة أيام فقط. وهذا يخلق لغزاً - إذا كانت اللبنات الأساسية للذاكرة قصيرة العمر إلى هذا الحد، فما الذي يسمح لنا بالحفاظ على ذكريات طويلة الأمد؟ كانت فكرة أن بعض التفاعلات الجزيئية قد توفر الاستقرار لتخزين الذاكرة موجودة منذ عام 1984، عندما اقترح فرانسيس كريك أن التفاعلات المستمرة بين الپروتينات قد تحافظ على قوة التشابك العصبي بمرور الوقت. سعت هذه الدراسة الجديدة إلى استكشاف هذه الفرضية بشكل أكبر، مع التركيز على دور PKMζ وكيف قد يساهم تفاعله مع پروتين آخر، KIBRA، في استقرار الذاكرة طويلة المدى.[1]
قال مؤلف الدراسة تود ساكتور، الأستاذ في جامعة صني داونستيت للعلوم الصحية: "لقد كنت مهتمًا بالذاكرة منذ أن كنت طفلاً صغيراً. كما كان لدي شعور بأن هناك دائمًا مستويات أعمق وأبسط من الفهم لأي عملية غامضة، وقد دفعتني الفضول إلى العثور على أعمق مستويات الذاكرة". وأوضح ساكتور أنه في الكلية أصبح مهتمًا بفهم كيفية تخزين الذاكرة على المستوى الجزيئي، مع التركيز على التعزيز المستمر للمشابك العصبية أثناء التعلم. وخلال فترة امتيازه جامعة كلومبيا، حيث تخصص في علم الأعصاب، عمل في مختبر جيمس شوارتز، الذي قاده نحو اكتشاف PKMζ، وهو پروتين يقوي الروابط المشبكية. "وتابع ساكتور: ""كان الباقي ببساطة محاولة لمعرفة ما يفعله PKMζ وكيف يعمل. وفي النهاية، لكي تستمر الذاكرة لسنوات، أي بعد عمر الجزيئات الفردية، أدركنا أن PKMζ لابد أن يكون له شريك، وهو الاكتشاف المقدم في هذه الورقة البحثية".
وأضاف أندريه فنتون، أستاذ علم الأعصاب جامعة نيويورك وأحد الباحثين الرئيسيين في الدراسة، أنه انجذب إلى هذا البحث لأنه مهتم بكشف العمليات الأساسية التي تكمن وراء تجربتنا الذاتية. وأضاف فنتون: "في حين تتطلب التجربة نشاطاً معقداً في المخ لمعالجة المعلومات، فقد اعتقدت منذ فترة طويلة أن مفهومنا للذاكرة ضروري لهذه المعالجة، ليس فقط لتخزين ما حدث بالفعل ولكن أيضًا لتوليد التوقعات والمعتقدات التي تؤثر، إن لم تكن تملي، التجربة اللاحقة"، كما قال فينتون. "بينما كانت دائماً مشكلة رائعة معرفة كيف يمكن للذاكرة أن تستمر لسنوات عندما لا تدوم مكونات الپروتين المكونة سوى أيام أو أسابيع، فإن العمل الذي تحدى بعض اكتشافاتنا وفهمنا السابقين أشار إلى حل". ولاستكشاف العلاقة بين KIBRA وPKMζ، استخدم الباحثون فئران ذكر في المختبر. وأجرى العلماء سلسلة من التجارب شملت شرائح الحُصين، وهي منطقة من المخ بالغة الأهمية للذاكرة، وتقنيات مختلفة مثل اختبارات الربط القرب والمجهر البؤري لتصور التفاعلات الجزيئية بين KIBRA وPKMζ. كما استخدموا فئراناً معدلة وراثياً تفتقر إلى PKMζ لمعرفة كيف يختلف الحفاظ على الذاكرة عند غياب هذا الپروتين. بالإضافة إلى ذلك، أُستخدمت الاختبارات السلوكية، مثل مهام الذاكرة المكانية، لتقييم تأثير تعطيل تفاعل KIBRA-PKMζ على الاحتفاظ بالذاكرة.
وتضمنت إحدى التجارب الرئيسية استخدام عقار يسمى ζ-stat، والذي يمنع التفاعل بين KIBRA وPKMζ، لمعرفة ما إذا كان هذا من شأنه أن يعطل استقرار التعزيز المشبكي والذاكرة طويلة الأمد. كما قدمت تجربة أخرى پپتيداً يسمى K-ZAP، والذي يحاكي موقع ارتباط KIBRA ويتداخل مع قدرته على تثبيت PKMζ، مما يزيد من اختبار أهمية هذا التفاعل. توصلت الدراسة إلى أدلة على أن پروتين KIBRA يلعب دوراً حيوياً في تثبيت پروتين PKMζ عند المشابك العصبية، مما يؤدي إلى إنشاء "علامة مشبكية مستمرة" تساعد في الحفاظ على الذاكرة طويلة المدى. ووجد الباحثون أنه عند تنشيط المشابك العصبية أثناء التعلم، يرتبط پروتين KIBRA بهذه المشابك العصبية ويساعد پروتين PKMζ على البقاء متصلاً بها. ويضمن هذا الاتصال بقاء المشابك العصبية قوية، حتى مع تدهور المكونات الجزيئية الأخرى واستبدالها. وصرح ساكتور: "للمرة الأولى، أصبح لدينا فهم حيوي أساسي لكيفية استمرار الذاكرة لسنوات، وربما حتى عقود من الزمن". وبشكل أكثر تحديداً، لاحظ الباحثون أنه عندما استُخدم عقار ζ-stat لمنع تفاعل KIBRA-PKMζ، فقد عكست عملية تعزيز المشابك العصبية التي تم تعزيزها سابقاً أثناء التعلم. وكان هذا التأثير انتقائياً، حيث أثر فقط على المشابك العصبية النشطة التي شاركت في تكوين الذاكرة، بينما ترك المشابك العصبية غير النشطة دون تأثير. وهذا يشير إلى أن تفاعل KIBRA-PKMζ أمر بالغ الأهمية للحفاظ على قوة المشابك العصبية المرتبطة بالذاكرة.
في الاختبارات السلوكية، أدى تعطيل تفاعل KIBRA-PKMζ في الفئران أيضاً إلى فقدان الذاكرة طويلة المدى. ولم تتمكن الفئران التي تلقت حقن ζ-stat بعد تعلم مهمة الذاكرة المكانية من تذكر موقع منطقة الصدمة في الاختبارات اللاحقة. ومن المثير للاهتمام أن هذا التأثير لم يُلاحظ في الفئران المعدلة وراثياً والتي تفتقر إلى PKMζ، مما يؤكد بشكل أكبر أن تفاعل KIBRA مع PKMζ ضروري للحفاظ على الذاكرة. ووجد الباحثون أيضاً أن هذا التفاعل الجزيئي ليس مهماً للذاكرة قصيرة المدى فحسب، بل يمكنه أيضاً الحفاظ على الذاكرة لأسابيع. وحتى عندما تحلل PKMζ بمرور الوقت، ظلت مجمعات KIBRA-PKMζ في المشابك، مما يشير إلى أن جزيئات PKMζ الجديدة تستمر في التوليف ودمجها في نفس المواقع المشبكية، مما يسمح للذكريات بالاستمرار لفترة طويلة بعد التعلم الأولي. وقال فنتون: "إن التفاعل المستمر بين KIBRA-PKMζ يفسر كيف يمكن للذاكرة أن تستمر مدى الحياة، وهو أمر يحاول البشر فهمه منذ فترة طويلة جداً، على الأقل منذ أن كتب أفلاطون عنه". لكن هناك المزيد إذا ما ربطنا بين بعض النقاط. فالمخ البشري يتكون من نحو مائة بليون خلية عصبية، تتلقى كل منها اتصالات إدخالية عند المشابك العصبية من نحو عشرة آلاف خلية عصبية أخرى. وعندما نكتسب أي خبرة فإننا نستخدم الدوائر العصبية في دماغنا لمعالجة المعلومات التي تحددها تدفقات النشاط الكهروكيميائي عبر شبكات فرعية من تلك الاتصالات بين ملايين الخلايا العصبية. وقد تكون الذاكرة نتيجة لتغيير الخبرة لتلك الاتصالات، وهي عادة جزء صغير للغاية (1%). فكيف يمكن لتجربة اليوم أن تغير الاتصالات باستمرار بحيث تظل ذكرى التجربة لسنوات؟.
وأوضح فنون: "لقد حددت هذه الدراسة أن الذاكرة هي نتيجة لعملية كيميائية حيوية نشطة ومستمرة حيث يُستهدف عمل الكيناز لپروتين محفز نشط باستمرار، PKMζ، للاتصالات المنشطة بالتجربة داخل الخلايا العصبية التي تشكل اتصالات معالجة المعلومات للدائرة العصبية الوسيطة بالتجربة. وأضاف: "يتم تخليق PKMζ في خلية عصبية نشطة ولأن KIBRA، وهو جزيء مستهدف يتراكم عند الاتصالات المنشطة، فإنه يوجه عمل الكيناز للپروتينز PKMζ إلى تلك المواقع المحددة. ويقول: "إن خلاصة ما توصلنا إليه هنا هي أن التجربة تنشط الدوائر العصبية التي تعالج المعلومات، وأن هذه المعالجة تخلق الذاكرة، التي تعتمد على عملية حيوية فيزيائية أنيقة نشطة باستمرار، والتي تخزن المعلومات في الحال، ومن خلال تخزين هذه المعلومات تتغير الدائرة العصبية ومعها معالجة المعلومات التي ستحدث من خلالها التجربة المستقبلية. إن الذاكرة تتعلق بالمستقبل".
ورغم أن الدراسة تقدم أدلة قوية على أن پروتين KIBRA ضروري للحفاظ على الذاكرة طويلة الأمد من خلال تثبيت پروتين PKMζ عند المشابك العصبية، إلا أن بعض القيود لا تزال قائمة. ويعترف الباحثون بأن أشكال الذاكرة قد لا تعتمد جميعها على هذا التفاعل الجزيئي. على سبيل المثال، وجدت الدراسة أن بعض أنواع الذاكرة، مثل ذاكرة الخوف السياقية، يتم الحفاظ عليها من خلال آليات مستقلة عن پروتين PKMζ. وسوف يتطلب فهم كيفية عمل هذه الأنظمة المختلفة مزيداً من التحقيق. وأشار ساكتور إلى أن "هناك بعض الذكريات التي لا يتم تخزينها بواسطة PKMζ. فهل يلعب KIBRA دوراً في هذه الذكريات من خلال التفاعل مع جزيئات تقوية المشابك العصبية المختلفة، ولكنها ذات صلة، أم أن هناك آليات مختلفة تماماً؟"
وهناك قيد آخر يتمثل في أن الدراسة، في حين تساعد في تفسير كيف يمكن للذكريات أن تستمر لسنوات على الرغم من التجدد الجزيئي، لم تشرح بالكامل كيف تبدأ عملية تكوين الذاكرة ــ على وجه التحديد، كيف يتم تجنيد KIBRA في البداية إلى المشابك العصبية المشاركة في تكوين الذاكرة. وسوف يكون هذا مجالاً هاماً للبحوث المستقبلية. ويخطط الباحثون أيضًا لاستكشاف التطبيقات المحتملة لنتائجهم في علاج الاضطرابات المرتبطة بالذاكرة. ونظراً لأن تفاعل KIBRA-PKMζ مهم للغاية لاستقرار الذاكرة، فمن المحتمل استخدام الأدوية التي تستهدف هذه العملية لتعزيز الذاكرة في حالات مثل مرض ألزايمر أو لإضعاف الذكريات الضارة في حالات مثل اضطراب ما بعد الصدمة.
المصادر
- ^ "Scientists discover "glue" that holds memory together in fascinating neuroscience breakthrough". psypost.org. 2024-10-23. Retrieved 2024-10-23.