היכולת המופלאה של המוח שלנו ליצור זיכרונות ולאחסן מזמן מרתקת מדענים, ובכל זאת, מרבית המנגנונים המיקרוסקופיים מאחורי תהליכי הזיכרון והלמידה נותרו בגדר תעלומה. מחקרים אחרונים מצביעים על חשיבותן של תגובות ביוכימיות המתרחשות באזורים צפיפות פוסט-סינפטיות המומחים בהם נוירונים מתחברים ומתקשרים. צמתים זעירים אלה בין תאי מוח נחשבים כעת לאתרים מכריעים שבהם חלבונים צריכים להתארגן בדרכים ספציפיות כדי להקל על הלמידה ויצירת הזיכרון.
ליתר דיוק, מחקר של 2021 גילה כי חלבונים הקשורים לזיכרון יכולים להיקשר זה לזה ליצירת מבנים דמויי טיפה בצפיפות פוסט-סינפטית. מה שהופך את המבנים הללו למסקרנים במיוחד הוא הארגון הייחודי שלהם "טיפות-פנים-טיפות", שלדעת המדענים עשוי להיות בסיסי לאופן שבו המוח שלנו יוצר זיכרונות מתמשכים. עם זאת, ההבנה בדיוק כיצד ומדוע צורת סידורי חלבון מורכבים כאלה נותרה אתגר משמעותי במדעי המוח.
על רקע זה, צוות מחקר בראשות החוקרת ויקאס פנדי מהמרכז הבינלאומי למדעי המוח (ICBS), אוניברסיטת פוג'יטה, יפן, פיתח מודל חישוב חדשני המשחזר את מבני החלבון המורכבים הללו. העיתון שלהם, שפורסם ברשת ב דוחות תאים ב- 07 באפריל 2025 בוחן את המנגנונים העומדים מאחורי היווצרות עיבוי חלבון רב שכבתי. המחקר נכתב יחד על ידי ד"ר טומוחיסה הוסוקאווה וד"ר יסונורי היאשי מהמחלקה לפרמקולוגיה, בית הספר לרפואה לתארים מתקדמים באוניברסיטת קיוטו, וד"ר הידטושי אורקובו מ- ICBS, אוניברסיטת פוג'יטה.
החוקרים התמקדו בארבעה חלבונים שנמצאו בסינפסות, תוך תשומת לב מיוחדת לחלבון Ca²⁺/Calmodulin Protein kinase II (CAMKII)-חלבון בשפע במיוחד בצפיפות פוסט-סינפטית. בעזרת טכניקות דוגמנות חישוביות, הם הדמו כיצד חלבונים אלה מתקשרים ומארגנים את עצמם בתנאים שונים. המודל שלהם העתיק בהצלחה את היווצרות המבנים "טיפות-פנים-טיפות" שהוזכרו לעיל שנצפו בניסויים קודמים. באמצעות הדמיות וניתוחים מפורטים של הכוחות הפיזיים והאינטראקציות הכימיות הכרוכות בכך, צוות המחקר שופך אור על תהליך שנקרא הפרדת פאזות נוזליות נוזליות (LLPs); זה כרוך בחלבונים המתארגנים באופן ספונטני לעיבות ללא ממברנות שדומות לעיתים לאברונים שנמצאו בתוך תאים.
באופן חיוני, החוקרים מצאו כי המבנה "טיפות-פנים-טיפות" ייחודי מופיע כתוצאה מכריכה תחרותית בין החלבונים ומושפע משמעותית מצורת CAMKII, ובמיוחד את הערכיות הגבוהה שלו (מספר אתרי הכריכה) ואורך הקישור הקצר. תכונות אלה הקשורות לצורה של CAMKII גורמות למתח פני השטח הנמוך ולהתפשטות איטית, ומאפשרות לעיבות החלבון להישאר יציבות במשך תקופות ממושכות. יציבות זו מאפשרת הפעלה מתמשכת של מסלולי איתות במורד הזרם הנחוצים לפלסטיות סינפטית, שהיא הבסיס הסלולרי ללמידה וזיכרון. "התוצאות שלנו חשפו יחסי מבנה – תפקוד חדש עבור CAMKII כיחידת זיכרון סינפטית. זהו המחקר השיטתי והמכניסטי הראשון הבוחן את המבנה השונה של עיבוי רב-שלב מוסדר על חלבון"מדגיש את ד"ר פנדי.
ממצאים אלה יכלו לסלול את הדרך להבנה טובה יותר של המנגנונים האפשריים של היווצרות זיכרון אצל בני אדם. עם זאת, ההשלכות לטווח הארוך של מחקר זה נמשכות הרבה מעבר למדעי המוח הבסיסיים.
פגמים בהיווצרות סינפסה נקשרו למספר מצבים נוירולוגיים ונפשיים, כולל סכיזופרניה, הפרעות בספקטרום האוטיזם, תסמונת דאון ותסמונת רט. "בסך הכל, המודל החישובי שפותח במחקר זה יכול לשמש פלטפורמה חשובה לחקירת תנאים אלה, מה שעלול להוביל לכלי אבחון חדשים ולגישות טיפוליות," מסביר ד"ר פנדי.
נקווה שהמדענים ימשיכו לפתוח את התעלומות של אופן היוצר הזיכרונות ברמה המולקולרית, מה שמוביל אותנו להבנה יסודית יותר של אחת מהתפקידים הבסיסיים והמורכבים ביותר של המוח.
