Molekulinė bazė ilgalaikės atminties atskleidė: • Vitalijus Кушниров • Naujienos apie "elementai" • Neurobiologija, molekulinė biologija

Atskleidžiamos ilgalaikės atminties molekulinės bazės.

Pav. 1. Neuronas. Sinaptika yra pabrėžta ir pateikiama išsiplėtus. Vaizdas iš en.wikipedia.org

Žmonėms ir gyvūnams žinoma trumpalaikė ir ilgalaikė atmintis. Trumpalaikė atmintis yra susijusi su daugybe baltymų fosforilinimo neuronuose, reaguodama į jų stimuliaciją, dėl ko pasikeičia sinapsių "jėga". Kadangi modifikuoti baltymai yra pašalinami iš apyvartos, įvykis yra pamirštamas, nebent jis yra nustatytas ilgalaikėje atmintyje. Akivaizdu, kad ilgalaikės atminties mechanizmas iš esmės skiriasi ir turi būti pagrįstas pokyčiais, kurie gali išlikti labai ilgą laiką. Bet kas tai? Prieš kelerius metus buvo pasiūlyta, kad toks pakeitimas yra perėjimas prie baltymo CPEB amniozės būklės (Orb2 skrandyje Drosophila). Ir pagaliau ši hipotezė buvo įtikinamai patvirtinta. Amerikos biologai parodė, kad Drosophila neuronų stimuliavimas sukelia oligomerizaciją Amyloid Orb2 baltymų, o mutacijos, kurios pažeidžia jo oligomerizaciją, taip pat pažeidžia ilgalaikę atmintį.

Šiame darbe buvo sujungtos dvi didelės tyrimų sritys: atminties mechanizmai ir amiloidai. Atradimo fonas yra įdomus ir jame yra daug svarbių detalių.

Amiloidas (žramiloidas) yra žinomi visų pirma kaip patologinės baltymų struktūros, sukeliančios didelę amiloidinių ligų grupę, ypač Alzhaimerio ir Parkinsono ligas, taip pat priono ligas. Jie yra kai kurių paprastai tirpių ląstelinių baltymų fibrillariniai polimerai. Amiloidai katalizuoja restruktūrizavimą ir prisirišimą prie paties baltymų monomerų ir taip auga. Jie yra daug stipresni už standartinius ląstelinius polimerus, kurie sudaro citoskeletą, nes iš tikrųjų jie sudaro vieną daugiamolekulinį beta sluoksnį, kuriame atskiros molekulės yra sujungtos daugybe vandenilinių jungčių. Todėl amiloidai yra labai atsparūs proteazėms ir kaupiasi dėl ligos.

Amiloidai gali būti užkrečiami, o tada jie vadinami prionais. Žmonėms ir gyvūnams prionai siejami tik su vienu baltymu, PrP ir sukelia žmonėms su nemalonių karvių liga, avių nuovargiu ir Creutzfeldt-Jakobu. Prionų užkrečiamumas yra susijęs su bendrąja amiloidų savybe, siekiant paskatinti restruktūrizavimą. Skirtumas su kitais amiloidais užkrečiamoje aplinkoje nustatomas pagal konkrečias detales: Priono baltymo PrP vietą išorinėje membranoje ir galbūt kai kuriuos mechanizmus, kurie suspaudžia PrP polimerus į daugybę mažų,daugiau mobilių dalelių.

Panašus fenomenas prionams buvo rastas mielėse. Saccharomyces cerevisiae. Tačiau mielėse prions pasireiškia ne kaip liga, bet kaip fenotipai su nestandartiniu, ne Mendelio paveldėjimo būdu. Riešo prionai (žr. Grybus prionus) atsiranda spontaniškai, bet retai. Tada jie gali būti stabiliai išsaugoti daugelyje kartų, o kryžminė ir meiotikaus atskyrimas gali būti perduodamas visiems palikuonims. Taigi, prionogeninis baltymas gali stabiliai būti dviejų būsenose: prionas (polimerizuojamas) arba normalus. Taigi, ląstelė su prionogeniniu baltymu gali būti laikoma viena bitine atminties ląstele.

O dabar atminties įrenginys. PuikuaAš dalintis žiniomis apie neuronų darbą gauta tiriant moliuskų neuronus Aplysia californica. Šis didelis moliuskas yra didelis ir patogus tyrinėti neuronus. Pagrindinis atminties mechanizmas yra neuronų gebėjimas keisti jų sinapsių stiprumą arba sinaptinį plastiškumą. Yra du atminties tipai – trumpalaikiai ir ilgalaikiai. Trumpalaikę atminimą skatina kai kurių jau egzistuojančių baltymų fosforilinimas ir esamų sinaptinių jungčių stiprinimas.Ilgalaikis reikalingas naujų mRNR ir baltymų sintezė, ir dažnai kartu yra naujų sinapsinių jungčių nustatymas. Kadangi mRNR sintezė vyksta branduolyje ir veikia visą neuroną, kilo klausimas: ar įsimenamasis įvykis vyksta vienu metu visuose neurono sinapsėse, ar jis būdingas kiekvienai sinapsei? Dėl izoliuoto neurono modelio buvo parodyta, kad vieno neurotransmiterio serotonino impulsas sukelia trumpalaikę sinapses specifinę atmintį, o du ar daugiau – ilgalaikiai. Be to, jei pirmas impulsas būtų taikomas vienai sinapsei, o antroji – kita, tada ilgalaikis įsiminimas įvyko antrojoje sinapsėje ir tik joje.

Tai parodė, kad pirmasis impulsas suaktyvino mRNR transkripciją, reikalingą įsiminti, kuri buvo išsiųsta visiems sinapsėms, bet buvo neaktyvi, "miega". Antras impulsas suaktyvino šias mRNR vienoje sinapsėje. Ieškodami tokio aktyvatoriaus, Nobelio premijos laureatas Eric Kandel ir jo kolegos atkreipė dėmesį į baltymų CPEB (cytoplazma polidenilinimas elekse bbaltymas; negali būti painiojamas su transkripcijos faktoriaus CREB), kuris aktyvuoja neveikiančią mRNR skirtinguose ląstelių tipuose.Suaktyvinimas vyksta dėl polyadenino uodegos pailginimo (žr. Poliadenilinimą), kurio signalas yra CPEB įjungimas į CPE seką 3 'neišleistoje mRNR dalyje.

Iš tiesų paaiškėjo, kad CPEB yra būtinas ilgalaikei, bet ne trumpalaikiai atminčiai, o jo sintezė labai padidėja, kai neuroną stimuliuoja neurotransmiterio serotoninas. Tada pasirodė nuostabus dalykas: jo struktūroje CPEB pasirodė panašus į mielių priono baltymus. Šie baltymai yra visiškai skirtingi vienas kito atžvilgiu, tačiau kiekvienas iš jų turi dvi dalis: funkcinį domeną ir priono sritį, kuri gali polimerizuotis. Funkciniai domenai yra visiškai skirtingi, o priono domenai turi bendrą nuosavybę: jie nėra struktūrizuoti ir labai praturtina amino rūgščių liekanas – glutaminu ir asparaginu. Ši savybė leidžia prionines domenas polimerizuoti į amiloidų fibrilius, ir tai yra šis domenas, kuris buvo rastas CPEB baltymo. CPEB savybės buvo patikrintos mielių modelyje, o pasirodė, kad jis elgiasi kaip visavertis mielių prionas, tai gali tapti stabiliai paveldima polimero būkle. Tiesa, skirtingai nuo mielių baltymų, kurių prioninė būsena yra funkcionaliai neaktyvi, CPEB prionų būklę išskyrė padidėjęs aktyvumas.Visa tai leido manyti, kad CPEB perėjimas prie polimero būklės yra pagrindinis ilgalaikės atminties susidarymo įvykis.

Tačiau šio disertacijos įrodymas buvo nelengvas ir, nepaisant intensyvių pastangų, kita pažanga šioje temoje įvyko tik po septynerių metų. Matyt, tai rodo, kaip sunku manipuliuoti aplyzių nervų ląstelėmis, palyginti su mielių ląstelėmis: sunku surinkti pakankamai ląstelių biocheminiams tyrimams, sunkiau manipuliuoti genais. Šiame etape genai, koduojantys įvairius CPEB baltymo hibridus, sujungti su žalia fluorescuojančiu baltymu, buvo įleisti į aplastikos neurono korpusą. Tokie hibridai yra klasikinis prionų tyrimo instrumentas: jei baltymas yra tirpus, ląstelė šviečia lygiai, o jei ji perjungiama į amiloido būseną, luminescencija koncentruojama ryškiuose taškuose. Neuronų sintezuoti sintezuoti baltymai suformavo būdingas žalias dėmeles, o kontrolinis baltymas be turtingo glutamino turinio davė difuzinę švytėjimą. SREV-GFP amiloidų būklė taškuose buvo patvirtinta dažant amiloidams būdingą fluorescuojančią dažiklį tioflaviną S.Taip pat buvo parodyta, kad perėjimas nuo CPEB-GFP į amiloido būklę buvo sustiprintas stimuliuojant nervų ląsteles su neurotransmiterio serotoninu. Pažanga yra nedidelė, ji buvo pasiekta dirbtinai aukšto lygio SREV sintezės.

Pav. 2 Orb2 koduojančio mRNR ir dviejų Orb baltymų struktūra. Vaizdas iš aptariamo straipsnio Amitabha Majumdar ir kt. į Ląstelėsu pakeitimais

Tačiau neseniai atliktas jau vaisių skerdyklos darbas buvo pažymėtas i. Priešingai nei aplicia, Drosophila turi du baltymų SREV variantai: Orb2A ir Orb2B, kurie gaunami iš vienos mRNR dėl alternatyvaus splicingo. Orb2B sintezuojamas nuolat (konstituentiškai), o Orb2A – tik reaguojant į neuronų stimuliavimą. Jie yra vienodi karboksi-terminalo dalyje, kurioje yra glutamino turtingo prioninio tipo domeno ir RNR prisirišančio domeno, bet skiriasi amino-galinės dalies, turinčios 8 aminorūgščių Orb2A ir 162 aminorūgščių Orb2B (2 pav.). Buvo parodyta, kad abu baltymai gali polimerizuoti, tačiau Orb2B gali stabiliai išlikti tirpioje būsenoje, o Orb2A, priešingai, labai polimerizuoja. Visų pirma, tai buvo stebima pagal Orb2-GFP hibridinių baltymų fluorescencijos mikroskopiją (3 pav.). Pasirodo, kad Orb2A sugebėjimas inicijuoti polimerizaciją yra susijęs su jo unikaliu N-galiniu 8 aminorūgščių fragmentu.

Pav. 3 Kai išreiškiamas neuronu, Orb2A-GFP formuoja amiloido polimerus, matomus kaip ryškius taškus, o Orb2B-GFP ne polimerizuoja, nes tai išsklaido švytėjimą. Masto ilgis 10 mikronų. Vaizdas iš aptariamo straipsnio Amitabha Majumdar ir kt. į Ląstelėsu pakeitimais

Šios pastabos leido mums pasiūlyti paprastą schemą: sinapsės stimuliavimui Orb2A sintezuojamas, jis patenka į polimerinę būseną ir kartu su Orb2B. Be to, polimerizacijos procesą palaiko Orb2B molekulės ir gali tęstis neribotą laiką, o tai atitinka įvykio fiksavimą ilgalaikėje atmintyje.

Norint patvirtinti šį modelį Orb2A buvo mutagenizuotas ir gautos mutacijos, kurios pažeidžia jos gebėjimą inicijuoti polimerizaciją. Pusė mutacijų pasiekė unikalų N-terminalinį Orb2A fragmentą, kuriame buvo tik 8 aminorūgštys. Veiksmingiausia iš šių mutacijų buvo išsamiau išnagrinėta. Panašu, kad jis pakeis penktąją fenilalanino poziciją tirozei.

Muzikoje su mutacija, trumpalaikė atmintis dirbo normaliai, tačiau ilgalaikė atmintis buvo sugadinta. Tai paaiškėjo atlikus šiuos bandymus. Muses leidžiama išbandyti vandens lašelius, paprastus arba su cukrumi, pažymėtus skirtingais kvapais. Tada jie patikrino, kiek ilgai mėsai galėtų pasirinkti tinkamą kvapo kritimą.Mutantuose asociacija buvo palaikoma tik dvi dienas. Kitu bandymu keletą kartų iš eilės vyriškį pristatė "neatsakinga" moteris, kuri jau išlaikė porą. Išgyvenusi tokia karta patirtimi, paprastas vyrukas visam laikui neteko tikėjimo moteriškuoju lauku ir nepradėjo grobstyti, susitikus su kita moteriu. Mutantinis vyrukas pamiršo apie savo romantiškus nesėkmius po maždaug dviejų dienų. Šie bandymai rodo, kad mutacija, kuri pažeidžia Orb2 polimerizaciją, taip pat pažeidžia ilgalaikę atmintį.

Taigi, nervų ląstelėms pavyko "įveikti" amiloidus – elementus, kurie daugiausia yra susiję su ligomis. Beje, straipsnyje, taip pat ir pastabose, Polimer Orb2 dažnai vadinamas prionu. Tai neteisinga, tai yra neinfekcinis amiloidas. Orb2 polimerizacija nėra perduodama ne tik kitiems neuronams, bet net, tikriausiai, tarp vieno neurono sinapsių.

Svarbus šio darbo pasiekimas yra tai, kad pirmą kartą jis parodė, kaip ląstelė gali kontroliuoti perėjimą prie amiloido būklės. Tačiau yra mažai tikėtina, kad egzistuoja mechanizmas, galintis iš šios valstybės atsikratyti sinapsės. Labiausiai tikėtina, kad kompiuterių terminologijoje smegenys yra vienkartinis įrenginys, panašus į kompaktinį diską, o ne kietąjį diską.

Be abejo, šis darbas nustato vieną iš gyvųjų organizmų būdo principų. Tačiau ji nusipelno ne tik pagirti. Kiekvienam išmintingam žmogui yra gana paprastas, ir šiame darbe yra reikšmingas punktas. Tai neatšaukia pagrindinės išvados, nors tai silpnina ir išlieka tankus šešėlis mokslo leidybos procese. Mes pripratome manyti, kad labiausiai autoritetingi moksliniai žurnalai, į kuriuos Ląstelė, negali paskelbti atvirų klaidų. Bet ne. Tarp pateiktų įrodymų svarbus vaidmuo tenka polimerų CPE egzistavimui elektroforeze, kuris buvo atliktas visiškai netinkamai. Autoriai kruopščiai užvirina bandinius, esančius plovikliui, ir tokiomis sąlygomis bet kuris amiloidas turi būti ištirpintas. Ne viskas išnyksta stebina būdu, bet vis tiek toks nepagrįstas ir ne kiekybinis tokių stiprių priemonių naudojimas yra nepriimtinas. Privačioje korespondencijoje autoriai pripažino šį klaidingą skaičiavimą. Tačiau prieš dvejus metus jie turėjo dar vieną straipsnį Ląstelė su ta pačia klaida. Ir tai yra vienas iš geriausių ir griežčiausių žurnalų!

Būti taip, kaip tai gali, bet dabar mes suprantame atminties įrenginio pagrindą. Įdomu, ką dar galima panaudoti amiloidams? Yra nuomonė, kad tai gali būti ląstelių diferencijavimo procesas.

Šaltiniai:
1) Kausik Si Maurizio Giustetto, Amit Etkin, Rubinas Hsu, Agnieszka M. Janisiewicz, Marija Conchetta Miniaci, Joung-Hun Kim Huixiang Zhu ir Ericas R. Kandel. Neuroninio izoformos CPEB Reguliuoja Vietinis baltymų sintezę ir stabilizuoja Synapse-tikru ilgalaikiu palengvinimu Aplysia (PDF, 411 KB) // Ląstelė V. 115. numeris 7. Pp. 893-904. 2003 m. Gruodžio 26 d.
2) Kausik Si, Susan Lindquist ir Eric R. Kandel. Aplysijos neuroninė izoformė CPEB turi priono tipo savybių // Ląstelė. V. 115. numeris 7. Pp. 879-891. 2003 m. Gruodžio 26 d.
3) Kausik Si, Yun-Beom Choi, Erica White-Grindley, Amitabha Majumdar, Eric R. Kandel. Aplysia CPEB gali būti ilgalaikis palengvinimas Ląstelė. V. 140. Problema 3. Pp. 421-435. 2010 m. Vasario 5 d. "Sciencedirect" straipsnis yra laisvai prieinamas.
4) Amitabha Majumdar, Vanda Colón Cesario, Erica Baltoji Grindley, Huoqing Jiang, Fengzhen Ren, Mohammedas "Repon" Khan Liying Li Edwardas Žmogus-Lik Choi Kasthuri Kannan, Fengli Guo Jay Unruh Brian Skerdimo, Kausik SI. Drosophila Orb2 amiloidų tipo oligomerų ypatinga svarba atminties ištvermėje // Ląstelė V. 148. Problema 3. Pp. 515-529. 2012 m. Sausio 26 d.

Vitalijus Кушниров


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: