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Ricerche

E' una coppia di proteine a creare rapidamente ricordi di nuovi luoghi

E' una coppia di proteine a creare rapidamente ricordi di nuovi luoghi

Entrare in un luogo sconosciuto offre la possibilità di creare un nuovo ricordo. Un nuovo studio eseguito al Picower Institute for Learning and Memory del MIT mostra come due proteine ​​entrano in azione per garantire che una memoria sia codificata in pochi minuti.


Anche se i neuroscienziati sanno da tempo che devono essere prodotte nuove proteine ​​per generare nuovi ricordi, "Abbiamo ancora diversi livelli di domande", ha detto Weifeng Xu, assistente professore al Department of Brain and Cognitive Sciences e autore senior della nuova ricerca pubblicata in Proceedings of the National Academy of Sciences. "Quanto è veloce la sintesi proteica richiesta per codificare la memoria? Quali obiettivi o sintesi di proteine ​​sono correlati al processo di codifica? E questi obiettivi sono richiesti per la codifica?"


Per scoprirlo, il team di Xu, incluso Kendrick Jones primo autore e scienziato ricercatore del Picower Institute, ha condotto esperimenti su topi in una regione di memoria chiamata ippocampo. Le proteine ​​che hanno provato di collaborare rapidamente, neurogranina e FMRP, sono presenti anche nell'uomo.


Infatti, le anormalità in entrambe le proteine ​​sono state associate a disturbi neuropsichiatrici e dello sviluppo neurologico umani: FMRP sta per "Fragile X Mental Retardation Protein" perché è centrale nella sindrome dell'X fragile genetico di tipo autistico; e studi precedenti hanno collegato la neurogranina alla schizofrenia e alla disabilità intellettiva.


Il nuovo studio quindi non solo fornisce informazioni su come il cervello ricorda nuovi luoghi, ma fornisce anche nuovi suggerimenti su come i problemi che coinvolgono queste due proteine ​​in altre parti del cervello, come la corteccia frontale, potrebbero minare la cognizione in quelle malattie.

 

Macchine che producono memoria

La produzione di proteine ​​associata alla nuova formazione di memoria avviene in siti chiamati sinapsi in cui i neuroni si collegano in rete con altri neuroni. Questo può essere guidato dall'attività neurale innescata da eventi specifici, come incontrare un luogo nuovo.


Il team di Xu ha testato il lasso di tempo su cui insorge la nuova memoria contestuale usando un farmaco per interrompere temporaneamente la produzione di proteine ​​neurali in quattro diversi punti temporali quando si introducono i topi in un nuovo spazio.


In base ai risultati del test dei ricordi dei topi del giorno successivo, i ricercatori hanno scoperto che se somministravano il farmaco 30 minuti prima o esattamente al momento dell'introduzione dei topi nel nuovo spazio, non si formava la memoria, ma se somministravano il farmaco immediatamente dopo o poco dopo l'esposizione al contesto non c'era alcun effetto sulla formazione della memoria.


Dato quel breve intervallo di tempo, e tenendo conto del tempo impiegato dal farmaco per diventare attivo nel cervello, la prima nuova sintesi proteica richiesta per la formazione della memoria di contesto ha un inizio rapido, ed è transitoria, ha detto Xu.


La prossima domanda era quale proteina sembrava essere sintetizzata in questo processo rapido e fugace. Confrontando l'ippocampo dei topi che erano stati recentemente collocati in un nuovo ambiente con gli altri, gli scienziati sono riusciti a esaminare le differenze nell'abbondanza di mRNA (molecole che specificano come produrre proteine) tra 28 candidati plausibili. Solo la neurogranina ha mostrato un marcato aumento di mRNA nel macchinario di produzione delle proteine (ribosoma), dei topi che sono stati esposti a un nuovo luogo.


Anche se la produzione di neurogranina aumentava dopo l'esposizione a nuovi posti, era necessaria per formare il loro ricordo? Per scoprirlo il team ha dato un'occhiata da vicino alla struttura dell'mRNA e ha modellato una molecola per bloccare in modo specifico la sua attività.


Inserendo quella molecola nell'ippocampo, hanno trovato che impediva la produzione di neurogranina e la formazione di memoria. Inoltre, nei topi in cui la creazione di neurogranina era stata ostacolata, l'aggiunta di neurogranina ripristinava la codifica della memoria. Insieme, questi risultati hanno convinto i ricercatori che la neurogranina deve essere presente in abbondanza perché prenda forma la memoria di un posto nuovo.


Quindi i ricercatori hanno sondato la natura della regolazione traslazionale della neurogranina e hanno identificato la FMRP come un partner di interazione dell'RNA messaggero della neurogranina, usando uno schermo non distorto. Eliminando il gene FMRP si poteva osservare che senza di esso i topi non producevano più neurogranina se esposti a posti nuovi e non formavano memoria.


Data l'abbondanza generale di mRNA di neurogranina nell'ippocampo, Xu ipotizza che la FMRP e potenzialmente un'altra proteina della stessa famiglia, FXR2P, regolino la traduzione di mRNA di neurogranina nel ribosoma. Xu ha ipotizzato che, al segnale di un nuovo contesto, il complesso consente alla neurogranina di essere prodotta a un tasso più alto, quasi come se l'mRNA della neurogranina fosse messo in scena per un'azione rapida all'indizio.


"Siamo davvero agli inizi del processo di comprensione del motivo per cui è così veloce"
, ha affermato. "Potrebbe essere che il ribosoma sia già caricato con l'mRNA anche con il complesso FMRP e FXR2P. L'esposizione a una nuova esperienza può aumentare il tasso di sintesi in qualche modo".

 

 

 


Fonte: Picower Institute at MIT (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Kendrick J. Jones, Sebastian Templet, Khaled Zemoura, Bozena Kuzniewska, Franciso X. Pena, Hongik Hwang, Ding J. Lei, Henny Haensgen, Shannon Nguyen, Christopher Saenz, Michael Lewis, Magdalena Dziembowska, Weifeng Xu. Rapid, experience-dependent translation of neurogranin enables memory encoding. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 201716750 DOI: 10.1073/pnas.1716750115

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