התגלה מנגנון ליצירת זיכרון ארוך טווח

המחקר עשוי לסלול את הדרך לטיפול בירידה בכושר לימודים בשל פגיעות בדנ”א של תאי עצב

מחקר שהובילה פרופ’ מלכה כהן-ערמון (החוג לפיזיולוגיה ופרמקולוגיה בפקולטה לרפואה ובית הספר סגול למדעי המוח) באוניברסיטת תל אביב, מגלה תהליך ביוכימי הכרחי ליצירת זיכרון ארוך טווח בתאי עצב באזורי מח האחראים ללמידה. זיהוי המנגנון עשוי לסייע בשיפור כישורי הלמידה לאחר פגיעה. כמו-כן, שיבושים תלויי גיל במנגנון שהתגלה עשויים לגרום לירידה ביכולות הלמידה בגיל המבוגר.

במחקר השתתפו חוקרים ממכון ויצמן, בהובלת פרופ’ מנחם סגל (נוירוביולוגיה), וחוקרים מהמכון הביוטכנולוגי בשטרסבורג ומאוניברסיטת תומס ג’פרסון, פילדלפיה.
המחקר התפרסם לאחרונה בכתב העת Scientific Reports מקבוצת Nature.

“תאי העצב במוח קשורים ברשת סבוכה של מיליוני סיבים המחוברים ביניהם בקשרים (סינפסות), בהן מועברים האותות העצביים מתא לתא,” מסבירה פרופ’ ערמון. “על סמך הידע הקיים, מקובל לחשוב שתהליך יצירת זיכרון ארוך-טווח מותנית בשינויים באותן סינפסות, או ביצירת חדשים סינפסות חדשות במרכזים במח האחראים ללמידה. למרות הידע הרב שנצבר, המנגנונים שבבסיס תהליך הלמידה אינם ידועים. כנראה שהחשיפה למידע חיצוני מתורגמת לגירויים חשמליים בתדירויות שונות במרכזי מח האחראים ללמידה. הגירוי “מתורגם” ליצירת חלבונים המעורבים בשינויי מבנה ארוכי טווח בסינפסות ((Synaptic Plasticity. שינויים אלה מיוחסים לזיכרון ארוך טווח. המחקר גילה למעשה מנגנון שבו הגירוי החשמלי של תאי העצב מתורגם לשינויים בסינפסות.”

בעבר פרסמה פרופ’ ערמון בעיתון המדעי Science כי חלבון גרעיני בשם PARP1, הקיים בכל מערכות החי והצומח ומעורב בתיקון שברים ב-DNA, הכרחי גם לרכישת זיכרון ארוך טווח. המחקר החדש חושף את המנגנון הביוכימי שבאמצעותו מעורב החלבון הזה בתהליך הלמידה.
בניסויים אלה גורו חשמלית תאי עצב שבודדו מאזורי מוח האחראים ללמידה, ופוענחו תהליכים ביוכימיים המתרחשים בגרעיני התאים בתגובה לגירוי. העבודה שילבה מדידות אלקטרופיזיולוגיות, עם שיטות כימיה מבנית וביולוגיה מולקולארית. זוהה מנגנון תלוי תדירות גירוי שמפגיש חלבון “קולט אותות” המגיעים לקרום תאי העצב עם החלבון הגרעיני PARP1 . הפעלת PARP1 בתהליך זה אפשרה תרגום מידי של האותות החשמליים לביטוי “גנים מהירים” ( ( immediate early genes המקודדים ליצירת שינויים ארוכי הטווח בסינפסות המקשרות בין תאי העצב.

יכולת הלמידה בגיל השלישי נפגמת

בתאי העצב במוחו של אדם מבוגר (שאינם מתחלפים מלידה ועד מוות) מצטברים במהלך חייו שברים ב-DNA. פרופ’ ערמון מסבירה: ” PARP1 הוא חלבון הנקשר לשברים ב-DNA ומעורב בתיקונם.” במחקר נמצא כי שינוי מבני בחלבון PARP1כשהוא נקשר לDNA מונע את התקשרותו לחלבון “קולט האותות”. כך, שברים ב-DNA מדכאים את מנגנון תרגום הגירוי בתאי עצב לביטוי “גנים מהירים” ולשינויים בסינפסות. עוד נמצא כי גלוטנין (החומר שמקנה את האפיצות ליין אדום) מונע את הקישור של PARP1 ל-,DNA ובכך משמר את ביטוי “הגנים המהירים” בתגובה לגירוי גם בנוכחות שברים ב-DNA. גילוי זה עשוי לסלול דרך לטיפול בהידרדרות בכושר הלמידה בגלל פגיעות ב-DNA של תאי עצב בזקנה או מחלות. טיפול בגלוטנין נבחן בהצלחה בחולדות זקנות בקבוצות מחקר אחרות בעולם, אך עדיין לא נבדק בבני אדם.