Wie ein Schlüsselprotein das Gedächtnis stärkt und im erwachsenen Gehirn lernt
Ein Protein, das eine Schlüsselrolle in der frühen neuronalen Entwicklung spielt, ist auch für das Lernen und das Gedächtnis im erwachsenen Gehirn von wesentlicher Bedeutung.
Das Protein, Netrin genannt, stärkt die Verbindungen zwischen Gehirnzellen.
Dies geht aus jüngsten Forschungen des Montreal Neurological Institute and Hospital (The Neuro) hervor, einem Lehr- und Forschungsinstitut der McGill University in Kanada.
Wissenschaftler wussten bereits, dass Netrin für die Entwicklung des embryonalen und des kindlichen Gehirns essentiell ist und dabei hilft, Verbindungen zwischen Gehirnzellen oder Neuronen herzustellen.
Die jüngste Forschung zeigt, dass das Protein auch diese neuronalen Verbindungen oder Synapsen im Hippocampus des erwachsenen Gehirns stärkt, einem Bereich, der an Gedächtnis und Lernen beteiligt ist.
Das Tagebuch Zellenberichte veröffentlichte kürzlich einen Artikel über die Studie, die das Team an Zellen aus sich entwickelnden und erwachsenen Rattengehirnen durchführte.
"Es war ein Rätsel", kommentiert der leitende Studienautor Dr. Timothy E. Kennedy, der ein Forschungslabor bei The Neuro leitet, "warum Neuronen im erwachsenen Gehirn weiterhin Netrin produzieren würden, nachdem alle Verbindungen bereits im Kindesalter hergestellt worden waren."
Molekülschlüssel zur Stärkung der Synapse
Laut Dr. Kennedy haben die Wissenschaftler gesehen, dass ein Neuron Netrin freisetzt, wenn es aktiv wird. Das Protein stärkt die Verbindung zu einem benachbarten Neuron, indem es den beiden Neuronen signalisiert, „die Synapse stärker zu machen“.
Die jüngste Studie folgt einer langen Arbeit, die vor fast sieben Jahrzehnten begann, als Donald Hebb, Psychologieprofessor an der McGill University, seine Ideen vorschlug, wie das Gehirn lernt und Erinnerungen weckt.
Was später den Titel Hebbian Theory erhielt, zielten seine Ideen darauf ab zu erklären, wie sich neuronale Schaltkreise als Ergebnis von Erfahrung entwickeln.
Hebb behauptete, dass die Stärke oder Schwäche synaptischer Verbindungen davon abhängt, wie oft sie verwendet werden: Je mehr sie verwendet werden, desto stärker und schneller werden sie.
In seinem Buch von 1949 Die Organisation des Verhaltens: Eine neuropsychologische Theoriebeschrieb er, wie er sich den Prozess der Synapsenstärkung vorstellte. Wenn ein Neuron nahe genug an einem anderen ist und es weiter abfeuert, "findet in einer oder beiden Zellen ein Wachstumsprozess oder eine Stoffwechselveränderung statt."
"Wir sagen", erklärt Dr. Kennedy, "dass dieser neue molekulare Mechanismus, den wir 69 Jahre später entdeckten, von zentraler Bedeutung für diese Theorie ist."
Synaptische Veränderungen liegen dem Gedächtnis und dem Lernen zugrunde
Es war die Veröffentlichung eines bahnbrechenden Papiers von Brenda Milner im Jahr 1957, die unter Hebbs Aufsicht bei The Neuro promovierte und die Idee einführte, dass der Hippocampus des Gehirns bei einigen Arten des Gedächtnisses und Lernens eine entscheidende Rolle spielt.
"Wenn Sie es auf ein Molekül reduzieren", fährt Dr. Kennedy fort, "ist die regulierte Freisetzung von Netrin wesentlich für die Art von synaptischen Veränderungen, die den Veränderungen im Neuron zugrunde liegen, die an Lernen und Gedächtnis beteiligt sind, was Milner war." sprechen über."
Er und seine Kollegen beobachteten auch, dass Netrin zur Stärkung der Synapsen in den „extrazellulären Raum“ freigesetzt werden muss.
Dies ließ sie sich fragen, welche zusätzlichen Möglichkeiten zur Interaktion mit anderen Neuronen dies bieten könnte.
Genstudien haben eine Beteiligung von Netrin an Krankheiten impliziert, die das Gehirngewebe zerstören, einschließlich Amyotropher Lateralsklerose, Parkinson-Krankheit und Alzheimer-Krankheit. Diese haben jedoch keine zugrunde liegenden Mechanismen identifiziert.
‘Bisher unentdecktes Ziel’
Insgesamt verbessert die Arbeit unser Verständnis, wie das Gehirn Erinnerungen bildet und speichert, deutlich, sagt das Team.
Es bietet auch "ein neues, bisher unentdecktes Ziel für Krankheiten, die die Gedächtnisfunktion beeinträchtigen", sagt der leitende Studienautor Stephen Glasgow, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter bei The Neuro.
Dr. Kennedy schlägt vor, dass ein idealer Weg zur Erhaltung der Gedächtnisfunktion darin besteht, Medikamente zu haben, die auf die molekulare Aktivität an Synapsen abzielen.
Jüngste Studien des erwachsenen Gehirns haben viele inaktive synaptische Verbindungen aufgedeckt. An ihnen ist nichts auszusetzen - sie sind einfach „ausgeschaltet wie Glühbirnen“, erklärt er.
Er spekuliert, dass es "ein Reservoir von Synapsen geben könnte, mit denen die Stärke der Verbindungen zwischen Neuronen verändert werden kann".
Wenn sich herausstellt, dass dies der Fall ist, glauben er und seine Kollegen, dass sie „einen molekularen Mechanismus gefunden haben, um diese Synapsen einzuschalten“.
Vor diesem Hintergrund planen sie nun herauszufinden, was mit Neuronen passiert, wenn sie Netrin liefern oder ihnen entziehen.
"Wir haben ein großes Ziel für Drogen identifiziert."
Dr. Timothy E. Kennedy
