Anche in età adulta, ricordiamo – a volte molto brevemente – molti momenti vividi e immortali della nostra infanzia. Se questi ricordi sono senza dubbio la cosiddetta memoria a lungo termine, resta da chiarire come il cervello immagazzini queste informazioni dettagliate per un periodo di tempo così lungo. I biologi dell’Albert Einstein College of Medicine ora offrono alcune risposte.
Alcuni aspetti della base cellulare della memoria sono già noti. Sappiamo che i ricordi vengono creati dalle cellule nervose (neuroni) e poi immagazzinati in un’area del cervello chiamata ippocampo. Si formano quando la stimolazione neurale ripetuta rafforza le connessioni tra i neuroni (sinapsi). I ricordi a lungo termine richiedono connessioni sinaptiche particolarmente forti; Questi sono regolati da specifiche proteine chiamate “geni precoci immediati” (o IEG). Geni precoci immediati)
Gli IEG sono geni attivati transitoriamente e rapidamente in risposta a una varietà di stimoli cellulari. Tuttavia, nonostante il rapido turnover di trascrizioni e proteine, non è ancora chiaro come gli IEG supportino la memoria a lungo termine. ” Paradossalmente, ci vuole molto tempo – diverse ore – per formare un ricordo duraturo, mentre gli mRNA e le proteine associate alla produzione di proteine scompaiono entro un’ora. », Il dottor Sulagna Das insisteè un ricercatore assistente professore di biologia cellulare e primo autore dello studio.
Una memoria integrata da un ciclo di feedback
Nel tentativo di chiarire il processo, Das ei suoi colleghi hanno studiato le dinamiche geniche a lungo termine dopo la stimolazione neurale nei topi. Hanno creato un modello di topo in cui tutte le molecole di mRNA del gene Arc sono state etichettate in modo fluorescente. Il gene Arc è un IEG coinvolto in vari tipi di plasticità sinaptica e svolge un ruolo chiave nella trasformazione delle nostre esperienze in ricordi a lungo termine.
Il team ha indotto sinapsi dei neuroni dell’ippocampo di topo, quindi ha utilizzato tecniche di imaging ad alta risoluzione per eseguire l’imaging in tempo reale della dinamica dell’mRNA dell’arco nei singoli neuroni in coltura e nel tessuto cerebrale.
Inaspettatamente, i ricercatori hanno scoperto che una singola esplosione di stimolazione era sufficiente per innescare più cicli di riattivazione trascrizionale nello stesso neurone, cicli durante i quali il gene Arc codificava molecole di mRNA della memoria che venivano poi tradotte in proteine Arc che rafforzano le sinapsi.
Un diagramma del ciclo di feedback responsabile della formazione di ricordi duraturi. Alcune delle proteine Arc prodotte nel primo ciclo ritornano al livello genomico per avviare un’ulteriore trascrizione e produzione di proteine. Gli mRNA dell’arco dei cicli successivi si localizzano nei siti contrassegnati dalla precedente proteina dell’arco. ©S. Das et al.
Le nuove proteine dell’arco si impegnano in un feedback positivo autofagico per riattivare la trascrizione. ” Alcune delle molecole proteiche prodotte da questo stimolo sinaptico iniziale ritornano ad Arc e lo riattivano, avviando un altro ciclo di sintesi di mRNA e produzione di proteine, e così via. afferma il dottor Robert Singer, direttore del programma di biologia dell’RNA presso l’Albert Einstein College e coautore dello studio. Questo ciclo di feedback che consente la formazione di ricordi a lungo termine era precedentemente sconosciuto.
Accumulo di proteine lungo i dendriti
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Il team ha anche osservato che gli mRNA di Arc risultanti da questi cicli ripetuti si trovano preferenzialmente in siti precedentemente contrassegnati dalla proteina Arc, creando così “punti caldi” traslazionali lungo i dendriti che formano focolai proteici Arc locali. Nel tempo, questi “hub” vengono mantenuti da cicli successivi di sintesi, localizzazione e traduzione dell’mRNA. ” Questi cicli di accoppiamento trascrizione e traduzione supportano l’espressione proteica e forniscono un meccanismo mediante il quale un evento a breve termine supporta la memoria a lungo termine. Riassumi i ricercatori di Neuron.
Il dottor Singer prende l’esempio della memorizzazione di una poesia. Spiega che per ricordare a lungo questa poesia, dovresti iniziare leggendola più volte. Ogni nuova lettura può essere considerata qui come uno stimolo continuo, quindi ognuna aggiungerà nuove proteine di feedback alla sinapsi, formando e consolidando la memoria. ” Una delle caratteristiche più notevoli del cervello è la sua capacità di apprendere nuove informazioni e conservarle per lunghi periodi di tempo. “, ha dichiarato.
Sfortunatamente, questo meraviglioso meccanismo a volte può non funzionare correttamente. L’espressione difettosa del gene Arc è implicata nella compromissione della memoria negli esseri umani, ha affermato il dott. Das sottolinea; È associato a disturbi neurologici come i disturbi dello spettro autistico, la schizofrenia e il morbo di Alzheimer. Una migliore comprensione delle funzioni molecolari di questo gene, in particolare la sua risposta alla stimolazione delle cellule nervose, può aiutare a individuare le cause di questi disturbi.
Fonte: S. Das et al., Neuroni
