Вчені змогли розгадати загадку кодування пам'яті
Незважаючи на столітні дослідження, пам'ять, кодований в головному мозку залишається загадкою. Сильні зв'язки нейронних синапсів залучені в процес, але синаптичні компоненти недовговічні і зберігають тільки останні моменти життя. Це говорить про те, що синаптична інформація кодується і проводиться на більш глибокому, детальному молекулярному рівні, повідомляє «WordScience.org».
У статті опублікованій 8-го березня 2012-го року у випуску журналу «PLoS Computational Biology», фізики Тревіс Креддок і Джек Тусцунски з Альбертського університету та анестезіолог Стюарт Хэмерофф з Арізонського університету продемонстрували ймовірний механізм того, як кодується синаптична пам'ять в микротрубочках, основних компонентах структурного цитоскелету в нейронах.
Мікротрубочки є циліндричними шестикутними полімерами білка тубуліну, що включають 15 відсотків від загального білку головного мозку. Вони визначають архітектуру нейронів, регулюють синапси і обробляють інформацію за допомогою інтерактивного тубуліну. Але, до недавнього часу, будь-яке подібність загального коду підключення мікротрубочок в синаптичної активності не мало пояснень.
Стандартна експериментальна модель нейронної пам'яті є довгостроковим потенціюванням («LTP»), в якому короткий предсинаптическое збудження призводить до тривалої постсинаптичні чутливості. Важливим гравцем у довгостроковому петенцировании є шестикутний фермент кальцію / альфа-кальмодулін-залежна протеїнкіназа II («CaMKII»). Після пресинаптичного порушення іони кальцію, що входять в постсинаптичні нейрони, викликають «CaMKII» має форму сніжинки, щоб перетворити розширення доменів кінази, розташованих вище і нижче центральної області активованого «CaMKII». Активована «CaMKII» нагадує двосторонніх комах. Кожен домен кінази може фосфорилировать субстрату і таким чином кодує один біт синаптичної інформації. Впорядковані масиви біт називаються байтами і містять 6 доменів кінази, розташованих на одній стороні кожного «CaMKII», в результаті чого вони можуть фосфорилировать і кодувати встановлені кальцієм синаптичні входи, у вигляді 6-бітних байтів.
Використовуючи молекулярне моделювання, Креддок та ін. показують ідеальну пару серед просторових вимірів, геометрії і електростатичного зв'язування «CaMKII» з шестикутними гратами білків тубуліну в микротрубочках. Вони показують, як домени кінази і «CaMKII» можуть колективно зв'язуватися і фосфорилировать 6-бітові байти, що призводять до шестикутним моделям на основі фосфорильованих зразків тубуліну в микротрубочках. Креддок та ін. вирахували величезний потенціал інформації при низьких витратах енергії, демонструючи пов'язані з мікротрубочками білки і показуючи, як моделі фосфорильованого тубуліну в микротрубочках можуть керувати функціями нейронів, викликаючи аксональні вибухи, регулюючи синапси і перетинаючи масштаби.
Мікротрубочки і «CaMKII» зустрічаються в эукариотической біології, надзвичайно багаті нейронами головного мозку і здатні до підключення мембрани і цитоскелета для обробки інформації. Декодирующие і стимулюючі мікротрубочки можуть дозволити терапевтичне втручання в цілому ряді патологічних процесів, наприклад, хвороба Альцгеймера. Дана хвороба супроводжується руйнуванням мікротрубочок і травми головного мозку, при яких діяльність мікротрубочок може видалити нейрони і синапси.+
Хэмерофф, старший автор дослідження, говорить: «Багато укладення неврологічних документів стверджують, що їхні висновки можуть допомогти зрозуміти, як працює мозок і допоможуть вилікувати хворобу Альцгеймера, травми головного мозку і різні неврологічні і психічні розлади. Це ж дослідження дійсно може допомогти в цьому напрямку. Ми можемо поглянути на мозковий биомолекулярный код призначений для пам'яті».