Arc Protein hilft beim Übersetzen von Lernen in den Speicher

Indem sie sich in die inneren Abläufe von Synapsen, den Verbindungen zwischen Gehirnzellen, vertiefen, haben Wissenschaftler kartiert, wie ein Protein namens Arc dazu beiträgt, ihre Aktivität zu regulieren, um das Lernen in ein Langzeitgedächtnis zu übersetzen.
Steve Finkbeiner, Professor für Neurologie und Physiologie an der Universität von Kalifornien in San Francisco (UCSF), und seine Kollegen glauben, dass ihre Entdeckung auch ein tieferes Verständnis dessen liefert, was auf molekularer Ebene passiert, wenn diese Aktivität gestört ist, mit Implikationen für Alzheimer und andere neurologische Störungen.
Sie schreiben über ihre Ergebnisse in einer Zeitung, die im Internet veröffentlicht wurde Nature Neurologie am Wochenende.
Finkbeiner, der die Forschung am Gladstone Institutes leitete, einem neurologischen Forschungszentrum, das der UCSF angegliedert ist, sagt in einer Erklärung:
"Wissenschaftler wussten, dass Arc am Langzeitgedächtnis beteiligt war, denn Mäuse, denen das Arc-Protein fehlte, konnten neue Aufgaben lernen, konnten sich aber am nächsten Tag nicht daran erinnern."

Synapsen

Synapsen sind hoch spezialisierte Verbindungen, die Signale zwischen Neuronen oder Gehirnzellen verarbeiten und weiterleiten.
Obwohl die Synapsen, die während unserer frühen Gehirnentwicklung gebildet wurden, die Mehrheit derjenigen bilden, die wir jemals haben werden, können sie während des restlichen Lebens geformt, gebrochen und gestärkt werden. Je aktiver eine Synapse ist, desto stärker wird sie: Dies ist wichtig, um neue Erinnerungen zu schaffen.
Aber wenn Synapsen überaktiv werden, können sie Neuronen überreagieren, was epileptische Anfälle zur Folge hat. Irgendwie hält das Gehirn die Synapsenaktivität unter Kontrolle, um dies zu verhindern.

Homöostatisches Skalieren Stoppt Synapsen, die hyperaktiv werden

Eine Art, wie das Gehirn aufhört, dass Synapsen zu erregt werden, ist ein kürzlich entdeckter Prozess, der "homöostatische Skalierung" genannt wird. Die Neurowissenschaftler, die diesen Prozess entdeckt haben, fanden, dass er ein Gleichgewicht zwischen Synapsenverstärkung und Synapsenanregung in Schach hält.
Aber genau wie Neuronen dieses Gleichgewicht treffen, war etwas Geheimnisvolles: obwohl Forscher vermuteten, dass es etwas mit dem Arc-Protein zu tun hatte.
"Da die ersten Beobachtungen zeigten, dass sich Arc während des Lernens an den Synapsen ansammelt, dachten die Forscher, dass die Präsenz von Arc an diesen Synapsen die Bildung von langanhaltenden Erinnerungen antreibt", sagt Finkbeiner, obwohl er und sein Team andere Ideen hatten.

Lab-Studien zeigen das Verhalten von drei Bereichen des Steuerbereichs

Also machten sie sich daran, das Verhalten von Arc im Labor zu untersuchen: zuerst in Tieren und dann in Kultur.
Sie waren überrascht zu entdecken, dass, während sich Arc an den Synapsen ansammelt, wenn einzelne Nervenzellen während des Lernens stimuliert werden, bald darauf der größte Teil des Proteins in den Zellkern transportiert wird.
Hauptautorin Erica Korb, sagt, als sie genauer hinsahen, sahen sie, wie drei Regionen im Protein seine Aktivität kontrollierten. Eine Region exportiert das Protein aus dem Zellkern, eine andere transportiert es in den Zellkern und die dritte hält es dort.
"Die Anwesenheit dieses komplexen und streng regulierten Systems ist ein starker Beweis dafür, dass dieser Prozess biologisch wichtig ist", fügt sie hinzu.

Arc als Hauptregler der homöostatischen Skalierung

Das Team glaubt, dass ihre Experimente zeigen Arc ist ein Hauptregulator der homöostatischen Skalierung.
Gene müssen zu bestimmten Zeiten ein- und ausgeschaltet werden, um die Proteine ??zu produzieren, die Neuronen zur Bildung von Erinnerungen verwenden.
Das Team fand heraus, dass Arc diese Aktivität, die für die homöostatische Skalierung erforderlich ist, aus dem Inneren des Neurons steuert.
Der Prozess stärkt die Synapsen und ermöglicht die Bildung von Langzeitgedächtnis, ohne dass sie zu aufgeregt werden.

Erkenntnisse könnten für eine Reihe von neurologischen Erkrankungen wichtig sein

Finkbeiner sagt, ihre Entdeckung könnte für eine Reihe von neurologischen Erkrankungen wichtig sein. Nicht nur, weil es die Rolle von Arc bei der Bildung des Langzeitgedächtnisses verdeutlicht, sondern auch, weil es "neue Einblicke in den homeostatischen Skalierungsprozess selbst bietet - Störungen, die bereits bei einer ganzen Reihe von neurologischen Erkrankungen eine Rolle spielen".
Zum Beispiel haben Wissenschaftler bei der Alzheimer-Krankheit herausgefunden, dass der Hippocampus, das Gedächtniszentrum des Gehirns, viel niedrigere Arc-Level als normal aufweist.
"Es ist möglich, dass Störungen des homöostatischen Skalierungsprozesses zu Lern- und Gedächtnisdefiziten bei Alzheimer beitragen können" schlägt Finkbeiner vor.
Störungen bei der Produktion und dem Transport von Lichtbogen könnten auch bei Autismus eine Rolle spielen. Eine häufige Ursache von Autismus und geistiger Behinderung ist die genetische Störung Fragile X, die einen direkten Einfluss darauf hat, wie Neuronen Arc produzieren.
Korb hofft, dass weitere Untersuchungen von Arc und seinen Auswirkungen auf Gesundheit und Krankheit ein noch tieferes Verständnis dieser und anderer neurologischer Störungen bieten und die Grundlagen für neue Behandlungen legen.
Mittel aus dem Nationalen Institut für Neurologische Erkrankungen und Schlaganfall, dem Nationalen Institut für Altern und der Keck-Stiftung sowie einem Ruth-L.-Kirschstein-Stipendium halfen bei der Finanzierung der Studie.
In einer anderen kürzlich veröffentlichten Studie schlagen Forscher an der Universität von Kalifornien Los Angeles vor, dass gesunde Gewohnheiten mit reduziertem Gedächtnisverlust verbunden sind.
Während einer anderen faszinierenden Forschungsarbeit entdeckten Wissenschaftler, dass das Zusammenpressen der rechten Hand dazu beitragen kann, eine stärkere Erinnerung an ein Ereignis oder eine Handlung zu erzeugen, und das Zusammenpressen der linken Hand kann Ihnen helfen, sich später an die Erinnerung zu erinnern.
Geschrieben von Catharine Paddock