חיווט מחדש של המוח המזדקן: אנזים מפתח יכול להיות הסוד לזיכרון חד יותר בגיל מבוגר

חוקרי פן סטייט גילו שחסימת האנזים HDAC3 משפרת את עדכון הזיכרון בעכברים מבוגרים, ועלולה להציע דרכי טיפול חדשות לירידה קוגניטיבית הקשורה לגיל ולהפרעות זיכרון כגון אלצהיימר מַחֲלָה.

ככל שאנו מתבגרים, שכחה מדי פעם הופכת נפוצה יותר. עם זאת, לא מדובר רק במאבק להיזכר במידע חדש – גם מבוגרים מבוגרים מוצאים את זה מאתגר לעדכן זיכרונות קיימים כאשר עולים פרטים חדשים. עם זאת, מעט ידוע על המנגנונים מאחורי עדכון הזיכרון וכיצד המנגנונים האלה משתבשים עם הגיל.

צוות חוקרים מפן סטייט זיהה אנזים שתורם לליקויים הקשורים לגיל בעדכון הזיכרון. כשהם חסומים, עכברים מבוגרים היו מסוגלים יותר לשלב מידע חדש וביצועים דומים לעמיתיהם הצעירים. החוקרים אמרו כי הממצאים, שפורסמו ב גבולות במדעי המוח המולקולרייםעשוי להוביל לפיתוח מטרות טיפוליות פוטנציאליות לשיפור הגמישות הקוגניטיבית בגיל מבוגר.

"חשוב להבין מה קורה ברמה מולקולרית במהלך עדכון זיכרון כי, כבני אדם, רוב הזיכרונות שלנו הם עדכונים. אנחנו כל הזמן בונים על דברים שאנחנו כבר יודעים ומשנים זיכרונות קיימים", אמרה ג'נין קוואפיס, עוזרת פרופסור לביולוגיה ומחברת בכירה של המאמר. "אבל אף אחד לא באמת בדק אם המנגנונים מאחורי יצירת זיכרון ועדכון זיכרון זהים או שהם ייחודיים לעדכון זיכרון. זה צעד קדימה כדי להבין את זה".

המדע של גיבוש וגיבוש זיכרון מחדש

כאשר נוצר זיכרון, המוח חווט את עצמו מחדש כדי לשמור על זיכרון זה במקומו באמצעות תהליך הנקרא קונסולידציה. תאים מבטאים חלבונים ב- סינפסההפער בין נוירונים המאפשר תקשורת בין תאי עצב, המקשרים יחד את התאים שהופעלו כאשר הזיכרון נוצר. כאשר הזיכרון נזכר, התאים הללו יורים יחד בו זמנית.

"כשמציגים לך מידע חדש, אתה צריך להוציא את הזיכרון הקיים מהאחסון ולהחליש אותו כדי שיהיה מוכן לקחת מידע חדש. ברגע שהמידע החדש נלמד והנוירונים החדשים האלה משולבים, הזיכרון המעודכן מתמצק ומאוחסן שוב", אמר קוואפיס. קוואפיס ציין שתהליך זה, הנקרא קונסולידציה מחדש, הופך פחות יעיל עם הגיל.

במחקר זה, צוות המחקר רצה להבין מדוע קשה יותר לעדכן זיכרונות בהזדקנות רגילה. אם הם יכולים לשפר את ביטוי הגנים במהלך איחוד מחדש, האם הם יכולים לשפר גם את עדכון הזיכרון?

כדי לבדוק זאת, הם חסמו את היסטון דאצטילאז 3 (HDAC3), אנזים המווסת את שעתוק הגנים, תהליך העתקת מידע מ- DNA לפלח לתוך RNA שבסופו של דבר ייצור חלבון פונקציונלי. הוכח כי HDAC3 משפיע לרעה על היווצרות זיכרון וביטוי גנים במהלך איחוד, אך החוקרים אמרו כי תפקידו בגיבוש מחדש של הזיכרון לא נחקר בעבר.

"HDAC3 בדרך כלל מהדק את הכרומטין, קומפלקס של DNA וחלבונים, ומקשה על התעתוק לקרות", אמר צ'אד סמיס, דוקטורנט לביולוגיה והמחבר הראשון של המאמר. "אם נחסום את הפעילות האנזימטית הזו מלהתרחש, זה עשוי לעזור לשמור על מצב כרומטין פתוח יותר ולשפר את ביטוי הגנים."

כאשר HDAC3 נחסם במהלך שלב איחוד הזיכרון מחדש, זה מנע את החסרים האופייניים הקשורים לגיל בעדכון הזיכרון. עכברים מבוגרים ביצעו כמו עמיתיהם הצעירים יותר במהלך משימת עדכון זיכרון.

שיטות ניסוי והשלכות

הצוות השתמש במתודולוגיה שנקראת פרדיגמת האובייקטים במיקומים מעודכנים, ש-Kwapis פיתחה במיוחד כדי לבדוק את עדכון הזיכרון. הוא כולל שלושה שלבים: מפגש אימון שבו עכברים לומדים שני מיקומים של חפצים זהים; סשן עדכון שבו אחד מהאובייקטים מועבר למיקום חדש; ומפגש מבחן שבו החפצים ממוקמים בארבעה מיקומים נפרדים – שני מיקומי האימון המקוריים, המיקום המעודכן ומיקום חדשני לחלוטין.

"עכברים אוהבים חידוש אז אם יש להם זיכרון טוב לאימון או לפגישת העדכון, הם יחקרו יותר את מיקום האובייקט החדש", אמר סמיס. "אבל אם יש להם זיכרון גרוע, הם נוטים לחקור את המיקומים שנלמדו קודם לכן באותה מידה כמו את המיקום החדש."

על ידי זיהוי מנגנונים מולקולריים כמו HDAC3, צוות המחקר אמר שהם מקווים לספק מטרות טיפוליות פוטנציאליות לשיפור הגמישות הקוגניטיבית בגיל מבוגר.

"אם המנגנונים האלה ישפרו את הזיכרון בהזדקנות רגילה, הם עשויים לעזור גם במצבים כמו מחלת אלצהיימר ודמנציה", אמר קוואפיס.

מחברים אחרים של פן סטייט על המאמר כוללים את לורן בלפי, דוקטורנטית למדעי הביו המולקולריים, הסלולריים והאינטגרטיביים, וצ'אד ברונסוויק, דוקטורנט בתוכנית למדעי המוח. דסטיני רייט וסופיה בנטס, שהיו סטודנטים לתואר ראשון בפן סטייט בזמן המחקר; מארק אורבן, פוסט-דוקטורט בפן סטייט בזמן המחקר; וגם Guanhua Shu, שהיה סטודנט לתואר שני באוניברסיטת הרווארד בזמן המחקר, תרם למאמר.

מימון מהמכון הלאומי להזדקנות, הבולוציון/הפדרציה האמריקאית לחקר ההזדקנות והפרופסורה המוקדמת של פול ברג בפן סטייט מימנו את המחקר הזה.