מחקר ישראלי זיהה מנגנון הקשור ליצירת זכרונות ארוכי-טווח במוח

צוות מחקר בינלאומי, אותו הובילה פרופ’ מלכה כהן-ערמון מהחוג לפיזיולוגיה ופרמקולוגיה בפקולטה לרפואה ובית הספר למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, גילה תהליך ביוכימי הכרחי ליצירת זיכרון ארוך טווח בתאי עצב באזורי המח אחראים ללמידה.

זיהוי המנגנון הזה, ציינה פרופ’ ערמון, עשוי לסייע בשיפור כישורי הלמידה לאחר פגיעה. שיבושים תלויי גיל במנגנון שהתגלה, עשויים להסביר את הסיבה לירידה ביכולות הלמידה בגיל המבוגר.

במחקר השתתפו חוקרים ישראלים נוספים ממכון ויצמן, מאוניברסיטת בר-אילן ומבית החולים "שיבא" וכן חוקרים ממכון העל הביוטכנולוגי בשטרסבורג, צרפת ומאוניברסיטת תומאס ג'פרסון בפילדלפיה. דו"ח המחקר פורסם בסוף אפריל השנה במגזין Scientific Reports מקבוצת Nature.

זיהוי המנגנון הזה, ציינה פרופ’ מלכה כהן-ערמון, עשוי לסייע בשיפור כישורי הלמידה לאחר פגיעה

על התגלית מסרה פרופ’ ערמון: "תאי העצב במוח קשורים ברשת סבוכה של מיליוני סיבים המחוברים ביניהם בקשרים (סינפסות), בהם מועברים האותות העצביים מתא לתא. על סמך הידע הקיים, מקובל לחשוב שתהליך יצירת הזיכרון ארוך-הטווח מותנה בשינויים באותן סינפסות, או ביצירת סינפסות חדשות במרכזים המח האחראים ללמידה.

"למרות הידע הרב שנצבר בהקשר לכך, המנגנונים שבבסיס תהליך הלמידה אינם ידועים. כנראה שהחשיפה למידע חיצוני מתורגמת לגירויים חשמליים בתדירויות שונות במרכזי המח האחראים ללמידה. הגירוי מתורגם ליצירת חלבונים המעורבים בשינויי מבנה ארוכי טווח בסינפסות (Synaptic Plasticity). שינויים אלה מיוחסים לזיכרון ארוך הטווח".

לדבריה, "המחקר גילה למעשה מנגנון שבו הגירוי החשמלי של תאי העצב מתורגם לשינויים בסינפסות".

בעבר פרסמה פרופ’ ערמון ב-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 אותו חלבון בתהליך הלמידה.

בניסויים בחיות מעבדה גורו, חשמלית, תאי עצב שבודדו מאזורי מוח שאחראים ללמידה, ופוענחו התהליכים הביוכימיים המתרחשים בגרעיני התאים בתגובה לגירוי. בעבודה זאת שולבו מדידות אלקטרו-פיזיולוגיות עם שיטות מתחום הכימיה המבנית וביולוגיה מולקולארית.

כך זוהה מנגנון תלוי תדירות גירוי, המפגיש חלבון הקולט אותות שמגיעים לקרום תאי העצב, עם החלבון הגרעיני PARP1. הפעלת PARP1 בתהליך הזה אפשרה תרגום מידי של האותות החשמליים ל"גנים מהירים" (immediate early genes), המקודדים ליצירת שינויים ארוכי הטווח בסינפסות המקשרות בין תאי העצב.

לתגלית חשיבות להבנת הסיבות לפגיעה שחלה ביכולת הלמידה בגיל השלישי. לדברי פרופ’ ערמון: "בתאי העצב במוחו של האדם מבוגר (שאינם מתחלפים מלידה ועד מוות) מצטברים במהלך חייו שברים ב-DNA. ה-PARP1 הוא חלבון הנקשר לשברים ב-DNA ומעורב בתיקונם. במחקר נמצא כי שינוי מבני שחל בחלבון PARP1 בעת שהוא נקשר ל-DNA מונע את התקשרותו לחלבון קולט האותות. השברים ב-DNA מדכאים את מנגנון תרגום הגירוי בתאי עצב, לביטויי אותם 'גנים מהירים” ולשינויים בסינפסות".

עוד נמצא במחקר, כי גלוטנין - החומר המקנה את העפיצות ליין אדום למשל - מונע את הקישור של PARP1 ל-DNA ובכך משמר את ביטוי 'הגנים המהירים” בתגובה לגירוי גם בנוכחותם של השברים ב-DNA. גילוי זה עשוי, לדעת החוקרים, לסלול בעתיד דרך לטיפול בהידרדרות שחלה בכושר הלמידה בגלל פגיעות ב-DNA של תאי העצב בזקנה או עקב מחלות. טיפול באמצעות גלוטנין נבחן בהצלחה באחרונה בחולדות זקנות על-ידי קבוצות מחקר אחרות בעולם, אך עדיין לא נבדק בבני אדם.