Çılgın Çalışma, Çılgın Keşif: Bellek İçin Hızlı Şarj!
Science dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, nöronlardaki kalsiyum salınımının öğrenmeyi artırabileceğini ortaya çıkardı. Bulgu, farelerin keşfettikleri yerleri nasıl hatırladıklarına dair çalışmalarda ortaya çıktı.
Öncelikle şunu belirtelim; bu çalışma, matematik dersini geçmek için daha fazla kalsiyum açısından zengin süt içmeniz gerektiğini önermiyor. Öğrenme ve hafızanın altında yatan mekanizmaların daha iyi anlaşılmasını ortaya çıkarıyor. Çalışma bulguları Alzheimer hastalığı gibi rahatsızlıklara yeni bir bakış açısı kazandıracağı düşünülüyor. Ayrıca çalışma yapılabilirlik açısında çılgınca planlanmış. “Bilim budur!” dedirtiyor.
Kısa Bilgi
İlk sözlerimizden ve adımlarımızdan, arabamızı park ettiğimiz ya da anahtarlarımızı bıraktığımız yere kadar her şey beynimizdeki nöronların birbirine bağlandığı sinapslarla ilişkilidir. Hücrelerin bilgi alışverişinde bulunduğu sinapslar zamanla değişebilir. Beynin yapısal veya fizyolojik değişikliklere uğramasına plastisite adı verilir ve bu olay kalsiyum iyonları ile ilişkilidir.
Beynimizin hipokampus bölgesinde bulunan yer-yön bulmada etkili hücrelere CA1 yada yer hücreleri adı verilir. Yer hücreleri, yalnızca dünya haritaları oluşturmakla kalmayıp aynı zamanda bir yeri ödül, renk, koku gibi duyusal şeylerle ilişkilendirdiğimiz kilit araçlardan biridir.
Ancak büyük soru şu: “Bu hücreler bunu nasıl yapıyor?”
Bu soruyu cevaplamak için araştırmacılar beynin yapısal veya fizyolojik değişikliklere uğramasında kalsiyum iyonlarının rolüne odaklandılar.
Çılgınlık Başlıyor
Araştırmacılar, fareleri üç farklı kumaştan yapılmış, tüylü ponponlar ve diğer süs eşyaları ile süslenmiş kemerleri olan koşu bantlarında koşturdu. Bu süslemeler, kemerlerdeki belirli yerler hakkında görsel ve dokunsal duyusal ipuçları sağladı. Bu farelerin beyinlerindeki hücreler, optogenetik olarak bilinen bir teknik olan lazer ışığına yanıt olarak devreye girecek şekilde genetik olarak değiştirilmişti. Bu, araştırmacıların yer hücrelerini belirli noktalara ayarlamasına izin verdi.
Endoplazmik Retikulumda (ER) büyük miktarda kalsiyum depolandığı uzun zamandır biliniyor. ER, hücrelerin içinde bir kalsiyum bombası gibi görev alır. Pdzd8 geni ise ER’nin kalsiyum salınımını sınırlatan proteini kodlayarak bu bombanın patlamasını engel olur. İşte tam olarak burada araştırmacılar yer hücrelerinin içinde bulunan Pdzd8 adlı bu gene odaklandılar. Bir adım daha ileriye giderek Pdzd8 adlı gen bölgesini sildiler. Böylelikle ortam kalsiyum havuzuna dönüştü. Amaçları kalsiyumun dendritlerdeki yer hücreleri üzerindeki aktivitesini görmekti.
“Bu deneyleri yapmak için kullandığımız teknolojilerden herhangi biri kendi başına zordu. Bunları birleştirmek sadece çılgınlıktı. Bu muhtemelen laboratuvarımdan çıkan en zorlu deney setlerinden biri. Losonczy laboratuvarı ve Dr. Justin O’Hare’in inanılmaz deneysel ve analitik yetenekleri olmadan asla gerçekleşemezdi.”
Baş araştırmacı Dr.Franck Polleux
Bilim adamları, yer hücresinde salınan kalsiyum miktarının artmasının bölgedeki alanı önemli ölçüde genişlettiğini ve bir farenin hatırlamasına yardımcı olduğunu buldu. Hücre içi kalsiyum salınımını artırmak, bir yer hücresinin belirli bir konuma uyum sağlama süresini de önemli ölçüde artırdığı keşfedildi.
Dr. Polleux, “Hücre içi kalsiyum salınımı, plastisite için bir turboşarj görevi görebilir” dedi. “Ayrıca, kontrolsüz bırakılırsa yer hücrelerini belki de çok kararlı hale getirdiğini bulduk.” açıklamasında bulundu.
Bilim adamları ayrıca CA1’deki piramit şeklindeki nöronun tepesindeki dendritlerin normal olarak farklı yerlere ayarlandığını buldular. Bu nöronlarda salınan kalsiyum miktarının arttırılması, öğrenme sırasında apekslerindeki birçok dendritin tek bir yere uyum sağlamasına yardımcı oldu.
“Dendritlerin uzun zamandır bağımsız olarak veya gerektiğinde birlikte çalışarak tek nöronların hesaplama gücünü artıran ‘hücre içi hücreler’ olarak işlev gördüğünden şüpheleniliyordu. Çalışmamız sadece durumun gerçekten böyle olduğunu göstermekle kalmıyor, aynı zamanda bu dendritik işbirliğinin davranış gösteren beyinde nasıl düzenlendiğine dair moleküler bir mekanizma sağlıyor.”
Dr. Attila Losonczy- Columbia Zuckerman Enstitüsü
Gelecekteki araştırmalar, Pdzd8’i silmenin genel olarak davranış üzerinde ne gibi etkileri olduğunu keşfedebilir. Dr. Polleux, “Geçtiğimiz günlerde insanlarda Pdzd8’deki mutasyonlar ile ilgili bir makale yayınlandı. Bu makalede, Pdzd8’deki mutasyonları taşıyan bireylerin ciddi öğrenme ve hafıza eksiklikleri olduğu belirtilmiş, bu da beyin için ne kadar önemli olduğunu gösteriyor.” dedi.
Dr. O’Hare ve meslektaşları şimdi Alzheimer hastalığının bir fare modelinde CA1’e ne olduğunu araştırıyorlar.
Kaynak:
Justin K. O’Hare, Kevin C. Gonzalez, Stephanie A. Herrlinger, Yusuke Hirabayashi, Victoria L. Hewitt, Heike Blockus, Miklos Szoboszlay, Sebi V. Rolotti, Tristan C. Geiller, Adrian Negrean, Vikas Chelur, Franck Polleux, Attila Losonczy. Compartment-specific tuning of dendritic feature selectivity by intracellular Ca 2 release. Science, 2022; 375 (6586) DOI: 10.1126/science.abm1670