Długa pamięć muchy

By pamiętać bardzo długo albo zapominać bardzo szybko, wystarczy mieć mózg tak maleńki jak ten muszki owocówki. Potrzeba jednak białek, które pozwolą powstać owym długotrwałym wspomnieniom. Co ciekawe, jedne są tam po to, by wspierać ich powstawanie – są to tzw. białka pamięci, a inne po to, by temu zapobiegać. Trzecie zaś po to, by kontrolować, niczym wajcha zwrotnicy, czy teraz takie długotrwałe wspomnienie powstaje, czy nie, i konkretnie jakie.

Różne pamięci

Znamy różne rodzaje pamięci. Zbiorową i indywidualną, długotrwałą i krótkotrwałą, niezawodną i zawodną, a nawet zakłamana się zdarza, czego ostatnio jako naród doświadczamy bardzo boleśnie. Gdy jednak na zjawisko pamięci patrzą neurobiolodzy, a nie politycy, to kategorie są zupełnie inne. Okazuje się wtedy, że pamięć jest wrażliwa na różne substancje chemiczne – co zachwyca nas w filmach szpiegowskich w scenach z „serum prawdy”. Pełne znieczulenie najczęściej pozbawia nas pamięci tego, co jedliśmy ostatnio na śniadanie, ale pozostawia nam wiedzę o tym, gdzie i jak spędziliśmy wakacje dwa lata temu – stąd wydziela się pamięć odporną na anestezję (znieczulenie). Wrażliwa na nią pamięć długotrwała zależy od syntezy specjalnych „białek pamięci” (PSD-LTM – protein synthesis-dependent long-term memory).

W odcyfrowywaniu meandrów działania obu tych rodzajów pamięci nieodzowna od kilkunastu już lat okazuje się muszka owocówka. Czyli wywilżna karłowata (Drosophila melanogaster), której rola dla rozwoju współczesnej biologii jest nie do przecenienia. Pozwala ona na przykład obserwować współdziałania białek dzięki kojarzeniu w pary muszek niosących geny tych białek. Wiadomo wtedy, które z nich ze sobą współdziałają, które aktywują działanie innych, a które je hamują. Czasem nie wymaga to żadnych dalszych analiz. Po prostu trzeba uzyskać potomstwo i pod binokularem zobaczyć, czy ma ono włoski na grzbiecie i jakiego są one kształtu albo czy skrzydła są zakręcone do góry, czy proste. Z takimi „markerami” kojarzy się bowiem istotne dla danego badania geny.

Dziś uczeni ze Scripps Research Institute w Jupiter na Florydzie odkryli dzięki muszce, że nie wystarczy pobudzać pamięć długoterminową. Trzeba jeszcze powstrzymać jej hamulce. To tak, jakby wsadzić klocek pod pedał hamulca w samochodzie w taki sposób, aby nie dało się go nacisnąć. Neurobiolodzy i genetycy drosophili pod kierunkiem Ronalda L. Davisa opowiedzieli historię zapisywania się wspomnień w mózgu muszki na łamach prestiżowego „Proceedings of the National Academy of Sciences” z 13 stycznia tego roku.

Już jednak w 2004 roku uczeni z Cold Spring Harbor Laboratory w stanie Nowy Jork, pod kierunkiem Josha Dubnau, zapoczątkowali te prace. Odkryto wtedy pierwszy gen, zwany „relish”, którego aktywność jest związana ze wspomnianą wcześniej pamięcią odporną na anestezję (znieczulenie). To był wielki przewrót w neurobiologii. Gen ów koduje białko, fospholipazę-A2, a jej rolę w powstawaniu „odpornej pamięci” obserwowano także u ptaków i szczurów. Ewolucja bowiem „konserwuje” geny związane z pamięcią nie mniej, niż pamięć konserwuje nasze przeżycia.

Układanka bez dziur

Dziś uczeni z Florydy kontynuują tę historię, ale niejako od drugiej strony. Poznali ścieżkę, po której w neuronach muszki przemieszcza się białkowy sygnał, który działa niczym przełącznik pomiędzy różnymi rodzajami pamięci długotrwałej. Dzięki niemu formowanie się i konsolidowanie jednej pamięci uniemożliwia powstawanie tej drugiej. W ów przełącznik zaangażowane są białka, które dotąd były raczej przedmiotem badań onkologii niż neurologii. Obejmuje on bowiem białka, które mogą być zaangażowane w rozwój czerniaka skóry. Aby te mechanizmy zrozumieć, naukowcy wystawiali muszki, które weszły do pipetki, na działanie wybranych zapachów, jednocześnie rażąc je prądem w stópki. Nie było to przyjemne, zatem na przyszłość muszki zapamiętywały sobie unikanie owego zapachu. Tego typu wspomnienie powstaje zależnie od biosyntezy białek pamięci. Gdy jednak – w wyniku modyfikacji genetycznych – obniżono muszkom tempo syntezy białek pamięci, stawały się one całkowicie odporne na lekcje z elektroszokiem w pipetce. Uparcie szły w kierunku „traumatycznego” zapachu, niezależnie od tego, ile razy próbowano je boleśnie nauczyć, by tego nie robiły.

Wyżej opisane badania pamięci dokładają kolejny, niewielki klocek do ogromnej układanki. Jak działa mózg? Jak zapisuje informacje? Jak je segreguje? I co zrobić, by możliwie jak najdłużej był sprawny? Odpowiedzi na te pytania można szukać na poziomie konkretnych genów i białek, ale także na poziomie całych komórek i połączeń pomiędzy nimi. W poprzednim numerze „Gościa” opisane zostały eksperymenty grupy naukowców z Centrum Terapii Regeneracyjnych w Dreźnie, którzy uaktywnili grupę komórek macierzystych w mysich mózgach. Dzięki temu starym osobnikom w pewnym sensie udało się przywrócić zdolność do zapamiętywania informacji i kojarzenia z sobą faktów. To kolejny klocek do wspomnianej układanki. Ile jeszcze takich klocków będzie trzeba, by układanka nie miała żadnych dziur? Nie wiadomo.•