Vědci objevili bílkovinu, díky které funguje paměť a učení u dospělých

Bílkovina (protein), která hraje důležitou roli v časném vývoji nervové soustavy člověka, je rovněž důležitá pro učení a paměť v dospělém věku. Bílkovina zvaná netrin, posiluje vytváření vazeb a spojení mezi mozkovými buňkami. Takový je výsledek nové studie provedené v montrealské nemocnici Montreal Neurological Institute and Hospital (The Neuro), která je výukovým a vědeckým pracovištěm McGillovy univerzity v Kanadě.

Vědci již dříve věděli, že netrin je důležitý pro správný vývoj mozku v embryonálním a dětském věku, protože pomáhá vytvářet spojení mezi mozkovými buňkami neboli neurony.

Nejnovější výzkum naznačuje, že tato bílkovina posiluje tvorbu spojení nervových buněk (odborně se takovým spojením říká synapse) v hipokampu u dospělých, což je část mozku, která je odpovědná za paměť a učení.

V časopise Cell Reports byla nedávno publikována studie, kterou provedl tým odborníků na buňkách laboratorních potkanů, a to jak na buňkách embryonálních, tak na buňkách dospělých zvířat.

"Byla to záhada," říká jeden z hlavních autorů studie Dr. Timothy E. Kennedy, který v nemocnici The Neuro řídí výzkumnou laboratoř. „Snažili jsme se zjistit, proč neurony stále tvoří bílkovinu netrin i v dospělém mozku, když všechny synapse se tvoří již během dětství."

Klíčová molekula pro tvorbu synapsí

Podle Dr. Kennedyho vědci zjistili, že nervová buňka (neuron) začne tvořit a uvolňovat protein netrin vždy, když je aktivní. Tento protein pak posiluje spojení (synapsi) se sousedním neuronem, protože oběma signalizuje, aby „vzájemné spojení posílili“.

Tato nová studie navazuje na dlouholetý výzkum, který před téměř sedmdesáti lety začal Donald Hebb, profesor psychologie na McGillově univerzitě, který vyslovil hypotézu o tom, jak se mozek učí a jak funguje paměť.

Tato teorie dostala později název Hebbova teorie učení a byla založena na tom, že neurální okruhy a synapse se vytváří na podkladě zkušeností.

Hebb tvrdil, že síla nebo slabost synaptických spojení závisí na tom, jak často jsou tyto synapse využívány. Čím více je využíváme, tím více se posilují a zrychlují.

Ve své knize z roku 1949 s názvem The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory (Organizace chování: neuropsychologická teorie) doktor Hebb popisuje, jak si představuje proces posilování synapsí.

Říká, že „když je jeden neuron blízko druhého a neustále ho aktivuje, dochází v jedné nebo obou mozkových buňkách ke změnám v metabolizmu a aktivaci růstu“.

Doktor Kennedy vysvětluje, že v této nové studii vědci objevili molekulární mechanizmus, který za touto 69 let starou teorií stojí.

Paměť a učení fungují na principu změn na synapsích

Teorii, že část mozku zvaná hipokampus hraje zásadní roli v procesu učení a je hlavní součástí některých druhů paměti, poprvé vyslovila v roce 1957 Brenda Milner, která na klinice The Neuro pod vedením profesora Hebba, napsala dizertační práci.

"Pokud se na to podíváme na úrovni jedné molekuly," říká Dr. Kennedy, "je řízené uvolňování netrinu důležité pro změny na synapsích neuronů, které se podílí na učení a paměti. A o tom psala doktorka Milner ve své dizertační práci."

Dr. Kennedy a jeho kolegové zjistili, že k posílení synapsí je nutné, aby byl protein netrin uvolněn do „extracelulárního prostoru (tedy mimo vlastní buňku).

To vyvolává otázku, jaké jsou další příležitosti pro interakci netrinu s ostatními neurony.

Výzkum genů naznačuje, že netrin může hrát určitou roli v rozvoji onemocnění, které poškozují tkáně mozku, jako jsou amyotrofická laterální skleróza, Parkinsonova choroba nebo Alzheimerova choroba. Nicméně dosavadní studie zatím nezjistily, jakým mechanizmem přesně tato onemocnění vznikají a jaká je přesně role netrinu v jejich rozvoji.

Dosud neobjevená cílová molekula

Autoři studie říkají, že obecně vzato tato studie představuje velký pokrok v našem chápání jak mozek vytváří a ukládá vzpomínky a paměťové stopy. A navíc nám přináší novou cílovou molekulu, na kterou se můžeme zaměřit při hledání možností léčby onemocnění, která ovlivňují fungování paměti a kognitivních funkcí,“ říká Stephen Glasgow, hlavní autor studie, který rovněž pracuje v nemocnici The Neuro.

Dr. Kennedy říká, že ideální způsob, jak zachovat paměťové funkce je vyvinout léčiva, která budou ovlivňovat molekulární aktivitu přímo na synapsích.

Poslední studie lidského mozku zjistily, že se v něm nachází mnoho neaktivních synaptických spojů.

„Ty spoje nejsou špatné nebo porouchané, jen jsou vypnuté, podobně jako když doma zhasnete světlo,“ říká Dr. Kennedy.

A domnívá se, že tyto synapse jsou jakousi zásobou spojů mezi nervovými buňkami, kterou mozek využívá při posilování spojení (synapsí) mezi neurony."

Pokud se ukáže, že je to skutečně tak, pak tato studie pravděpodobně „objevila molekulární mechanizmus, kterým se tyto synapse „aktivují“.

Autoři studie se nyní pokusí zjistit co se stane, když zvýšíme nebo naopak zastavíme přísun netrinu do nervových buněk.

Možná se nyní podařilo identifikovat molekulu, kterou budeme jednou moci ovlivňovat léky, což nám může pomoci nalézt lék na řadu onemocnění, která poškozují paměť a spoje mezi nervovými buňkami.

Ale čeká nás ještě hodně práce. Zatím si paměť můžete posilovat například některým z těchto způsobů.