Μνήμη & Μάθηση

Σε όλους τους οργανισμούς, το νευρικό σύστημα λαμβάνει τις πληροφορίες σχετικά με το περιβάλλον μέσω των εξειδικευμένων αισθητήριων οργάνων. Στη συνέχεια, επεξεργασία και ενσωμάτωση αυτής της πληροφορίας οδηγεί στην παραγωγή σχετικά μόνιμων αλλαγών στη μελλοντική συμπεριφορά. Αυτές οι αλλαγές της μελλοντικής συμπεριφοράς που αντανακλούν την εμπειρία του παρελθόντος είναι η εκδήλωση της μνήμης. Οι μοριακοί μηχανισμοί που κρύβονται κάτω από αυτές τις αλλαγές είναι ελάχιστα κατανοητοί. Ο νηματώδης C. elegans με το απλό και πλήρως χαρτογραφημένο νευρικό σύστημα των 302 νευρώνων, προσφέρει μια μοναδική πλατφόρμα με την οποία μπορούμε να μελετήσουμε αυτούς τους μηχανισμούς. Στόχος μας είναι να αναγνωρίσουμε τα γονίδια που απαιτούνται για την αισθητική μεταγωγή και ολοκλήρωση η οποία αποτελεί τη βάση της μάθησης και της μνήμης στο νηματώδη.

Τόσο εμείς, όσο και άλλοι, έχουμε εντοπίσει συγκεκριμένες DEG/ENaC πρωτεΐνες που υποτίθεται ότι συνήθως λειτουργούν ως κεντρικοί μεσολαβητές στην μεταγωγή και ιδιοδεκτικότητα μέσω αφής (ο τρόπος με τον οποίο το σώμα διατηρεί συντονισμένη κίνηση) στο C. elegans. Μέλη της υπεροικογένειας ιοντικών καναλιών DEG/ENaCs έχουν ταυτοποιηθεί σε νηματώδεις, σαλιγκάρια, μύγες και σε σπονδυλωτά περιλαμβανομένων και των ανθρώπων, όπου εξυπηρετούν διάφορες λειτουργίες, όπως η ιοντική ομοιόσταση και η αισθητική μεταγωγή. Δείτε αυτό το άρθρο ανασκόπησης για μια πιο εκτενή συζήτηση επί του θέματος, καθώς και την σελίδα του εργαστηρίου μας στον ιστότοπο ionchannels.org.

Η μεταγωγή μηχανικού σήματος είναι η διαδικασία με την οποία η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε κυτταρικά σήματα, και είναι απαραίτητη για την ακοή, την ισορροπία, την αφή, και για τη ρύθμιση της συστολής των μυών και της αρτηριακής πίεσης. Ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στο πεδίο της μετάδοσης μηχανικού σήματος υπήρξε το ότι τα γονίδια που κωδικοποιούν τα μηχανικώς ελεγχόμενα κανάλια διέφευγαν των προσπαθειών κλωνοποίησης, με αποτέλεσμα να έχουμε ένα μεγάλο κενό στην κατανόηση της λειτουργίας τους. Αυτά τα μηχανικώς ελεγχόμενα κανάλια είναι πιθανό να προσδένονται σε κυτταρική μεμβράνη και κυτταρικό σκελετό, συνδέσεις που εξυπηρετούν τη μετάδοση τάσης στο κανάλι.

	Ιδιοδεκτικότητα στο νηματώδες: τα ζώα “αγρίου” τύπου χαράσσουν μία ημιτονοειδή διαδρομή καθώς κινούνται σε ένα τρυβλίο άγαρ ομοιόμορφα καλυμμένο με ένα στρώμα βακτηρίων Ε. coli.
	Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες (πλάτος και μήκος κύματος) των χαραγμένων διαδρομών από μεταλλαγμένα στελέχη unc-8(lf)μειώνονται δραστικά. Δείτε αυτή την μελέτη για περισσότερες πληροφορίες.

Συνδυάζουμε τις γενετικές, μοριακές και βιοχημικές προσεγγίσεις για να καθορίσουμε και να συγκρίνουμε τη σύνθεση/ρύθμιση των συμπλεγμάτων των μηχανικά ευαίσθητων καναλιών στους νηματώδεις. Μέλη μιας υποομάδας της οικογένειας των DEG/ENaC ιοντικών καναλιών που ενεργοποιούνται από την ελάττωση του pH (και χαρακτηρίζονται ως ASICs) έχουν εμπλακεί στη συναπτική πλαστικότητα, τη μάθηση και τη μνήμη στα θηλαστικά. Έχουμε διαπιστώσει ότι η ASIC-1, μια νέα πρωτεΐνη DEG/ENaC και κοντινό ομόλογο της ASIC των θηλαστικών, εκφράζεται ιδιαίτερα σε αισθητήριους νευρώνες της κεφαλής και ενδιάμεσους νευρώνες. Η ASIC-1 απαιτείται για την προετοιμασία διαφόρων χημικών προσελκυστικών, ενώ δεν είναι απαραίτητη για τη χημειόταξη. Συνεπώς, αυτό το γονίδιο είναι επίσης αναγκαίο για τη σύνδεση της παρουσίας τροφής με τη θερμοκρασία εκτροφής. Οι παρατηρήσεις αυτές δείχνουν ότι η DEG/ENaCs συμβάλλει στην ικανότητα του ζώου για συνειρμική εκμάθηση.

Ένα λειτουργικό μοντέλο για την διαμόρφωση της σηματοδότησης της ντοπαμίνης σε συνάψεις ντοπαμινεργικών νευρώνων. Η ASIC-1 παρέχει θετική ανατροφοδότηση που ενισχύει την απελευθέρωση της ντοπαμίνης με την ενεργοποίηση των ντοπαμινεργικών νευρώνων. Προτείνουμε ότι προκαλείται έκλυση ντοπαμίνης, και η συνακόλουθη πτώση του τοπικού pH, ενεργοποιεί την ASIC-1, η οποία προωθεί την περαιτέρω απελευθέρωση ντοπαμίνης, με αποτέλεσμα την συνεχή ντοπαμινεργική σηματοδότηση. Δείτε αυτή την μελέτη για περισσότερες πληροφορίες.

Συνεπώς, ο ρόλος της ASIC στη συνειρμική μάθηση και στη μνήμη μπορεί να διατηρείται από τα νηματώδη στα θηλαστικά, και επομένως, καθιστώντας το C. elegans ένα ελκυστικό μοντέλο στο οποίο μπορούμε να αποσαφηνίσουμε τους σχετικούς μηχανισμούς.

Δείτε αυτό το άρθρο ανασκόπησης για περισσότερες πληροφορίες. Δείτε επίσης το σχετικό Δελτίο Τύπου και μερικά αποσπάσματα από τον Τύπο: Το Βήμα, Τα Νέα, Ελευθεροτυπία, Καθημερινή, Αγγελιοφόρος, Πατρίς, Τόλμη/www.2810.gr, EKT.