במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת טֶבַעחוקרים גילו שלגיוס נוירונים למעגלי זיכרון קדם מפל של אירועים מולקולריים הנגרמים במהלך הלמידה, הכולל נזק של חומצה דו-גדילית (DNA) בצברי נוירונים בהיפוקמפוס ותיקון המתווך על ידי קולטן דמוי אגרה 9 (TLR9) .
מחקר: יצירת מכלולי זיכרון דרך מסלול חישת ה-DNA TLR9. קרדיט תמונה: מיליארד תמונות / Shutterstock
רקע כללי
זיכרונות נוצרים כאשר נוירונים בהיפוקמפוס עוברים התאמות מולקולריות ארוכות טווח ליצירת מעגלים קליפת המוח בתגובה לגירויים. תהליך זה הוא עתיר אנרגיה וכולל שינויים מורפולוגיים וביוכימיים מהותיים. מאמינים ששינויים מולקולריים אלו גורמים לשברים חולפים ב-DNA הדו-גדילי.
מחקרים בחנו גם את התפקיד של תכניות התפתחותיות פנימיות ותכניות התפתחותיות קיימות ביצירת זיכרון ומצאו כי גורמי תעתוק כגון חלבון קושר אלמנטים מחזוריים של אדנוזין (cAMP) (CREB) מעורבים בתהליך. מחקרים אחרונים התמקדו גם בהבנת האופן שבו רשתות עצביות פנימיות שולטות בכניסות מעכבות למכלולים עצביים כדי לייצב את מעגלי הזיכרון.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים ניסו להבין ולזהות כל תהליכים כוללים המשלבים מנגנוני התפתחות קיימים ומסלולים יזומים של גירוי שהשפיעו על נוירונים להתחייב למכלולים או למיקרו-מעגלים ספציפיים לזיכרון.
מודלים של Murine שימשו לניתוח פרופילי תעתיק של נוירונים באזורי ה-dorso-hipocampal במשך יותר מ-48 שעות כדי להבין ביטויי גנים מיידיים, מוקדמים ומעוכבים ואיתות חלבון. לצורך ניתוח זה, עכברים הועברו להתניית פחד בהקשר, ודגימות ההיפוקמפוס שהתקבלו ארבעה או 21 ימים לאחר ההתניה שימשו לרצף חומצה ריבונוקלאית (RNA) בתפזורת.
בהתחשב בכך שידוע כי הפסקות חולפות ב-DNA דו-גדילי נגרמות במהלך פעילות עצבית לצורך השראת ביטוי גנים מוקדם מיידי, הם שיערו שהנזק ל-DNA הנגרם על ידי פעילות למידה עשוי להיות נרחב יותר ומתמשך באוכלוסיות נפרדות של נוירונים. תיוג אימונופלואורסצנטי נערך באמצעות נוגדנים ספציפיים לקשירת הפוספו-היסטון γH2AX להפסקות דנ"א דו-גדיליות כדי להבין את מקורם של שברי DNA דו-גדילי חוץ-גרעיני הנוצרים בהתייחסות פחד.
קטעי מוח נאספו גם שעה לאחר התניית פחד הקשרית כדי לנתח את אותות γH2AX הקשורים לביטוי גנים מוקדם מיידי. בנוסף, הביטוי הבסיסי של CREB, שכבר זוהה כממלא תפקיד בזיכרון, נותח גם הוא באמצעות צביעה חיסונית. החוקרים גם בחנו את הוויסות העליונה של חלבון ה- Fos במהלך הפעלה מחדש של הזיכרון ואת התפקידים המתאימים של ביטוי גנים מוקדם מיידי ותיקון נזקי DNA.
בהתבסס על הזיהוי שלהם של איתות דלקתי באוכלוסיות עצביות אלו, החוקרים חקרו עוד האם התגובות הדלקתיות הללו היו תוצאה של הפסקות ה-DNA הדו-גדילי שנגרמו במהלך הלמידה או שלדלקת יש תפקיד ספציפי ביצירת הזיכרון. בהתחשב בתפקידו של TLR9 בתגובות הדלקתיות הללו, הם ערכו ניסויי נוק-אאוט של TLR9 בנוירונים ספציפיים כדי לקבוע כיצד הוא השפיע על היווצרות הזיכרון.
בנוסף, בוצע רצף RNA גרעיני בודד כדי לאפיין שינויים בביטוי גנים באוכלוסיות תאי ההיפוקמפוס הנוירונים והלא-נוירונים עקב ההשפעה של התניית פחד הקשרית ונוקאאוט ספציפי לנוירונים של TLR9. החוקרים בחנו גם את התרומות של חדירת תאי חיסון ו-DNA נטול תאים מדם בהיווצרות זיכרון ואת הוויסות ההעלאה של איתות TLR9.
תוצאות
המחקר מצא כי למידה ויצירת זיכרון היו כרוכים בקרעים במעטפת הגרעינית, שחרור היסטון לאזור הפרי-גרעיני, ושברים מתמשכים ב-DNA דו-גדילי בצברי נוירונים באזור Cornu Ammonis 1 (CA1) של ההיפוקמפוס. יתר על כן, נזקים אלה ל-DNA הדו-גדילי ולמעטפת הגרעינית היו בעקבות הפעלת איתות TLR9, תגובה דלקתית וכתוצאה מכך, והצטברות של קומפלקסים צנטרוזומליים לתיקון ה-DNA הדו-גדילי הפגוע.
התפקיד של תגובות דלקתיות הקשורות ל-TLR9 בביסוס זיכרון המושרה על ידי למידה אושר כאשר נוק-אאוט של TLR9 בנוירונים ספציפיים הביא לליקויים בזיכרון ולהקהה של שינויים בביטוי הגנים הקשורים להתניה של פחד הקשרי. כמו כן, נמצא כי TLR9 ממלא תפקיד חשוב ביצירת נזק ל-DNA, תיקון קומפלקסים צנטרזומליים, ciliogenesis ובניית רשתות פרינורונאליות.
התוצאות הצביעו על כך שגירויים הקשורים ללמידה הפעילו מפל של אירועים מולקולריים שכללו נזק ל-DNA דו-גדילי ותיקון DNA בתיווך TLR9 בצבירים נוירונים ספציפיים בהיפוקמפוס שגייסו נוירונים אלה ליצירת זיכרון. החוקרים גם שיערו שכאשר תפקוד ה-TLR9 נפגע, שגיאות במנגנון היסודי הזה עלולות להוביל לליקויים קוגניטיביים, הפרעות פסיכיאטריות, האצת הזדקנות והפרעות נוירודגנרטיביות.
מסקנות
לסיכום, המחקר מצא שגירויים הקשורים ללמידה מעוררים מפל של נזק ל-DNA ותיקון DNA בתיווך TLR9 אשר מחייבים אשכולות נוירונים בהיפוקמפוס להיווצרות זיכרון. לתגובות הדלקתיות המתווך על ידי TLR9 יש תפקיד חיוני ביצירת זיכרון, והפרעות בתפקוד TLR9 עשויות להיות מעורבות בהפרעות קוגניטיביות, נוירודגנרטיביות ופסיכיאטריות.
