Synaptinen merkitsemis- ja kaappaushypoteesi

Kun muistijälkiä koodataan synapseihin, synapsiyhteyksissä tapahtuu vahvistumista. Tämän vahvistumisilmiön kannalta on olennaista, että soluissa tuotetaan uusia proteiineja rakennuspalikoiksi synapsiyhteyksien voimistumiselle. Kun jokin synapsiyhteys aktivoituu eli siihen kohdistuu jokin aktivoiva ärsyke, niin proteiinisynteesi lähetti-RNA kulkeutuu solun tumasta valikoidusti juuri niille tuojahaarakkaiden alueilla, joissa sijaitsevat ne okahaarakkeet, jotka aktivoituivat tämän ärsykkeen seurauksena. Tutkijoita kiehtonut kysymys kuuluukin: kuinka ne lähetti-RNA:t, jotka transkriptoitiin solun tumassa jonkin synaptisen aktiivisuuden (ärsykkeen aiheuttama) löytävät perille juuri oikeisiin synapseihin, joihin muisti lopulta koodataan? Toisin sanoen, mitkä tekijät ovat vaikuttamassa siihen, että muistin koodaamiseen liittyvät nk. synapsien plastisuuteen liittyvät proteiinit, jotka syntyvät ärsykkeen seurauksena tumassa vahvistavat juuri tiettyjä synapseja? (Rudy 2014, 113; Rogerson ym. 2014). Vastaukseksi tähän kysymykseen on esitetty hypoteesia, joka tunnetaan nimellä synaptinen merkitseminen ja kaappaus (synaptic tagging & capture). (Rogerson ym. 2014).

Tämän hypoteesin mukaan tietyt biokemialliset prosessit johtavat siihen, että plastisuuteen liittyvät proteiinit eli nk. muovautuvuusvalmisteet (plasticity products), jotka osallistuvat synapsiyhteyksien voimistamiseen, löytävät reittinsä haluttuihin synapseihin. Ensinnäkin sellaisella synaptisella aktiivisuudella, mikä voimistaa synapsiyhteyksiä on kaksi yleistä vaikutusta: a) aktiivisuus voi luoda synaptisen merkinnän, mikä toimii eräänlaisena muistijälkenä ja magneettina, jonka avulla aktivoitunut okahaarake pystyy kaappaamaan juuri transkriptoituja muovautuvuusvalmisteita (esim. Arc) alueellensa, b) käynnistää translaatio- sekä transkriptiokoneiston, joiden avulla uusia muovautuvuusvalmisteita tuotetaan. Toiseksi on huomioitava, että suhteellisen heikko ärsyke (sellainen, joka voimistaa synapsista yhteyttä vain hetkellisesti) pystyy luomaan synaptisen merkinnän, mutta ei kykene käynnistämään proteiinintuotantokoneistoa. Riittävän voimakas ärsyke puolestaan pystyy luomaan sekä synaptisen merkinnän että käynnistämään proteiinintuotantokoneiston. Lisäksi, mitkä tahansa merkityt synapsit pystyvät kaappaamaan vasta tuotettuja muovautuvuusvalmisteita, kun taas merkitsemättömät synapsit eivät tähän kaappaukseen kykene. Hypoteesin mukaan ajan kuluessa merkityt synapsit menettävät merkintä-ominaisuutensa ja palaavat merkitsemättömään tilaansa. Tämän lisäksi myös uusien muovautuvuusvalmisteiden tuottaminen ajan kuluessa ehtyy. Hypoteesi esittää vielä, että muovautuvuustuotteiden kaappaaminen vaatii sen, että merkitseminen ja uusien muovautuvuustuotteiden tuottamisen täytyy limittyä ajallisesti samaan aikaikkunaan. (Rudy 2014, 113.)

Hypoteesin mukaan tietyn hermosolun synapsit, jotka ärsykkeen seurauksena stimuloituvat vain heikosti, voivat kaapata niitä lähettyvillä kiertäviä muovautuvuusvalmisteita, joita tämän saman hermosolun toisissa, voimakkaasti ärsykkeestä aktivoituneissa synapseissa hetkellisesti tuotettiin. Toisin sanoen, vaikka lievän ärsykkeen seurauksena aktivoituneet synapsit eivät osallistu uusien muovautuvuusvalmisteiden tuotantoon, ne tulevat kuitenkin synaptisesti merkityiksi ja sen seurauksena voivat kaapata muovautuvuusvalmisteita, joita voimakkaammin aktivoituneet synapsit ovat lähettyville tuottaneet. (Frey & Morris 1998, Rudy 2014, 113 mukaan.)

Kun on yritetty ymmärtää synaptisen merkitsemisen molekulaarisia perusteita, on esitetty, että synaptisen merkitsemisen taustalla olisi synapseissa tapahtuvat toiminnalliset ja rakenteelliset muutokset. Synaptiyhteyksien vahvistuminen on seurausta siitä, että tuojahaarakkeiden okahaarakkeissa tapahtuu rakenteellisia muutoksia, ja näissä rakenteellisissa muutoksissa aktiinifilamenteillä on keskeinen rooli, sillä ne toimivat ikään kuin okahaarakkeiden rakennusosina, joiden avulla haarakkeet voivat esim. kasvaa kokoa. (Rudy 2014, 116.) Redondo ja Morris (2011) ehdottavatkin, että aktiinifilamenttien avulla tapahtuva okahaarakkeen rakenteelliset muutokset eli muutokset solun tukirangassa ovat vaikuttamassa synaptiseen merkitsemiseen. Heidän mukaansa tämä ”merkki” synapsissa tulee ymmärtää pikemminkin siten, että se viittaa tietynlaiseen hetkelliseen synapsin olotilaan (muuttuneeseen muotoon) kuin mihinkään yksittäiseen muutokseen jonkin tietyn molekyylin rakenteessa tai toiminnassa.

LÄHTEET:

Redondo, R. L., & Morris, R. G. M. 2011. Making memories last: The synaptic tagging and capture hypothesis.Nature Reviews Neuroscience, 12(1), 17-30.

Rogerson, T., Cai, D. J., Frank, A., Sano, Y., Shobe, J., Lopez-Aranda, M. F., & Silva, A. J. 2014. Synaptic tagging during memory allocation. Nature Reviews Neuroscience, 15(3), 157-169.

Rudy, J. W. 2014. The neurobiology of learning and memory. 2nd edition. Sunderland, MA: Sinauer Associates. TOC 1.

Kommentoi

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *