Mała cząsteczka reguluje procesy uczenia się

Chodzi tu o całkiem niedawno odkryte cząsteczki miRNA (mikroRNA),
które są zapisane w tzw. niekodującym DNA, tj. nie zawierającym
informacji o białkach.

Wcześniej uważano, że te fragmenty DNA nie pełnią żadnych
istotnych funkcji. Jednak badania ostatniej dekady dowiodły, że
jest inaczej. Okazało się m.in., że różne elementy tego DNA
regulują aktywność genów.

Tak jest właśnie w przypadku cząsteczek miRNA, które hamują
aktywność różnych genów u roślin, zwierząt i ludzi. W ten sposób
wpływają na podziały oraz wzrost komórek, a co za tym idzie,
regulują rozwój organizmów. Wiadomo też, że biorą udział w
powstawaniu nowotworów złośliwych.

Teraz naukowcy ze Szpitala Dziecięcego w Bostonie wykazali, że
jedna z cząsteczek miRNA, nazwana miR-134, wpływa na rozwój i siłę
połączeń między neuronami - tzw. synaps. Są to miejsca kontaktu
neuronów, przez które przekazywane są informacje w postaci
impulsów elektrycznych.

Zdolność mózgu do tworzenia i przebudowy synaps (tzw.
plastyczność synaptyczna) jest podstawą procesów uczenia się i
zapamiętywania u ludzi i zwierząt. Pozwala im reagować na bodźce
płynące ze środowiska. Dzięki wzmacnianiu jednych, a eliminowaniu
czy osłabianiu innych połączeń, możliwe jest utrwalanie ważnych
informacji i pozbywanie się niepotrzebnych.

Wpływając na siłę połączeń synaptycznych miR-134 może więc
modyfikować procesy uczenia się i zapamiętywania w odpowiedzi na
bodźce zewnętrzne, wyjaśniają naukowcy.

Doświadczenia, które badacze prowadzili na szczurach, dowiodły,
że miR-134 hamuje wzrost specyficznych uwypukleń na dendrytach,
drzewiastych wypustkach neuronów. Uwypuklenia te noszą nazwę
kolców dendrytycznych i biorą udział w tworzeniu synaps.

W obecność miR-134, objętość kolców znacznie spadała, natomiast
zablokowanie miR-134 powodowało ich wzrost.

Jak przypominają naukowcy, rozmiar kolców na dendrytach ma
związek z jakością synaps. Gdy kolce sa mniejsze to połączenie
synaptyczne słabsze i odwrotnie. Najnowsze wyniki sugerują więc,
że miR-134 powoduje osłabienie synaps.

Okazało się ponadto, że działanie miR-134 polega na hamowaniu
aktywności genu Limk1, który pobudza wzrost kolców na dendrytach.

Pobudzanie komórek nerwowych za pomocą czynnika wzrostu neuronów -
BDNF niwelowało wpływ cząsteczek miRNA i prowadziło do
uaktywnienia genu Limk1. W konsekwencji kolce na dendrytach
powiększały się.

"Zdaje się, że odkryliśmy nowy mechanizm regulacji pracy mózgu" -
komentuje biorący udział w badaniach dr Michael Greenberg.

Zdaniem badacza, nowa metoda może być w przyszłości wykorzystana
do poprawy wydolności naszego mózgu. "Pojedynczy neuron może
tworzyć tysiące połączeń synaptycznych. Gdyby udało się wybiórczo
kontrolować procesy zachodzące w obrębie jednej synapsy, bez
wpływu na inne, można by znacznie zwiększyć zdolność mózgu do
przechowywania informacji lub też jego zdolności matematyczne" -
spekuluje Greenberg.

Badacz podejrzewa też, że zaburzenia w pracy miR-134 mogą
przyczyniać się do opóźnienia rozwoju umysłowego oraz do różnych
schorzeń, którym towarzyszy spadek zdolności uczenia się. Obecnie
wiadomo na przykład, że utrata genu Limk1 ma związek z
wystąpieniem zespołu Williamsa, poważnego schorzenia, któremu
towarzyszy opóźnienie umysłowe.  (PAP)