تم اكتشاف آلية لإنشاء ذاكرة طويلة المدى

قد يمهد البحث الطريق لعلاج انخفاض القدرة على التعلم بسبب تلف الحمض النووي للخلايا العصبية

كشفت دراسة بقيادة البروفيسور مالكا كوهين أرمون (قسم علم وظائف الأعضاء وعلم الصيدلة في كلية الطب وكلية سيغول لعلم الأعصاب) في جامعة تل أبيب، عن عملية كيميائية حيوية ضرورية لإنشاء ذاكرة طويلة المدى في الخلايا العصبية في الدماغ المجالات المسؤولة عن التعلم. قد يساعد تحديد الآلية في تحسين مهارات التعلم بعد الإصابة. كما أن الاضطرابات المرتبطة بالعمر في الآلية المكتشفة قد تسبب انخفاضًا في قدرات التعلم عند كبار السن.

وشارك في الدراسة باحثون من معهد وايزمان بقيادة البروفيسور مناحيم سيغال (علم الأحياء العصبية)، وباحثون من معهد التكنولوجيا الحيوية في ستراسبورغ وجامعة توماس جيفرسون في فيلادلفيا.
وقد نشرت الدراسة مؤخرا في مجلة التقارير العلمية من مجموعة الطبيعة.

"ترتبط الخلايا العصبية في الدماغ بشبكة معقدة من ملايين الألياف المتصلة عن طريق الوصلات العصبية (المشابك العصبية)، حيث تنتقل الإشارات العصبية من خلية إلى أخرى"، يوضح البروفيسور أمرون. "استنادًا إلى المعرفة الموجودة، من الشائع الاعتقاد بأن عملية إنشاء ذاكرة طويلة المدى مشروطة بالتغيرات في تلك المشابك العصبية، أو بإنشاء نقاط اشتباك عصبي جديدة في مراكز الدماغ المسؤولة عن التعلم. وعلى الرغم من المعرفة الواسعة التي تراكمت، إلا أن الآليات الكامنة وراء عملية التعلم غير معروفة. ويبدو أن التعرض للمعلومات الخارجية يُترجم إلى تحفيزات كهربائية بترددات مختلفة في مراكز الدماغ المسؤولة عن التعلم. يتم "ترجمة" التحفيز إلى إنشاء بروتينات تشارك في تغييرات هيكلية طويلة المدى في المشابك العصبية (اللدونة التشابكية. وتعزى هذه التغييرات إلى الذاكرة طويلة المدى. اكتشف البحث في الواقع آلية يتم من خلالها التحفيز الكهربائي للخلايا العصبية يتم ترجمتها إلى تغييرات في المشابك العصبية."

وسبق أن نشر البروفيسور عمرون في مجلة ساينس العلمية أن البروتين النووي المسمى PARP1، الموجود في جميع الأنظمة الحيوانية والنباتية ويشارك في إصلاح فواصل الحمض النووي، ضروري أيضًا لاكتساب الذاكرة طويلة المدى. ويكشف البحث الجديد عن الآلية البيوكيميائية التي يشارك بها هذا البروتين في عملية التعلم.
في هذه التجارب، تم تحفيز الخلايا العصبية المعزولة من مناطق الدماغ المسؤولة عن التعلم كهربائيًا، وتم فك رموز العمليات البيوكيميائية التي تحدث في نواة الخلية استجابة للتحفيز. يجمع العمل بين القياسات الفيزيولوجية الكهربية والكيمياء الهيكلية وطرق البيولوجيا الجزيئية. تم التعرف على آلية تعتمد على تردد التحفيز تجمع بروتين "استقبال الإشارة" الذي يصل إلى غشاء الخلية العصبية مع البروتين النووي PARP1. سمح تنشيط PARP1 في هذه العملية بالترجمة الفورية للإشارات الكهربائية إلى تعبير عن "الجينات المبكرة الفورية" (الجينات المبكرة المباشرة) التي ترمز إلى إنشاء تغييرات طويلة المدى في المشابك العصبية التي تربط الخلايا العصبية.

تضعف القدرة على التعلم في السن الثالث

في الخلايا العصبية في دماغ الشخص البالغ (التي لا تتغير منذ الولادة وحتى الموت) تتراكم شظايا الحمض النووي خلال حياته. يوضح البروفيسور أمرون: "إن PARP1 هو بروتين يرتبط بتكسرات الحمض النووي ويشارك في إصلاحها". وفي الدراسة وجد أن التغيير الهيكلي في بروتين PARP1 عندما يرتبط بالحمض النووي يمنع ارتباطه ببروتين "مستقبل الإشارة". وبالتالي، فإن انقطاع الحمض النووي يثبط آلية ترجمة التحفيز في الخلايا العصبية للتعبير عن "الجينات السريعة" والتغيرات في المشابك العصبية. وقد وجد أيضًا أن الغلوتينين (المادة التي تعطي النبيذ الأحمر طعمه الحامض) يمنع ربط PARP1 بالحمض النووي، وبالتالي الحفاظ على تعبير "الجينات السريعة" استجابة للتحفيز حتى في وجود فواصل الحمض النووي. وقد يمهد هذا الاكتشاف الطريق لعلاج تراجع القدرة على التعلم بسبب تلف الحمض النووي للخلايا العصبية في الشيخوخة أو المرض. وقد تم اختبار علاج الغلوتينين بنجاح على الفئران الكبيرة في السن في مجموعات بحثية أخرى في العالم، ولكن لم يتم اختباره بعد على البشر.