Nghiên cứu phát hiện ra 'keo phân tử' thúc đẩy sự hình thành và ổn định trí nhớ

Cho dù đó là lần đầu tiên chúng ta đến sở thú hay khoảnh khắc chúng ta học đi xe đạp, chúng ta đều có những ký ức tuổi thơ kéo dài suốt đời. Nhưng điều gì khiến những ký ức này tồn tại lâu đến vậy?

Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances của một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã tiết lộ cơ sở sinh học cho trí nhớ dài hạn. Phát hiện chính là vai trò của phân tử KIBRA, đóng vai trò như một "chất keo" cho các phân tử khác, do đó củng cố sự hình thành trí nhớ.

“Những nỗ lực trước đây nhằm tìm hiểu cách các phân tử lưu trữ ký ức dài hạn tập trung vào các hành động riêng lẻ của từng phân tử”, Andre Fenton, giáo sư khoa học thần kinh tại Đại học New York và là một trong những nhà nghiên cứu chính, giải thích. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy cách các phân tử này tương tác với nhau để đảm bảo ký ức được lưu trữ vĩnh viễn”.

Todd Sacktor, giáo sư tại SUNY Downstate Health Sciences và là một trong những nhà nghiên cứu chính, cho biết: "Hiểu rõ hơn về cách chúng ta lưu trữ ký ức sẽ giúp cung cấp thông tin cho những nỗ lực trong tương lai nhằm nghiên cứu và điều trị các rối loạn liên quan đến trí nhớ".

Từ lâu người ta đã biết rằng các tế bào thần kinh lưu trữ thông tin theo các mô hình khớp thần kinh mạnh và yếu, quyết định khả năng kết nối và chức năng của mạng lưới thần kinh. Tuy nhiên, các phân tử trong khớp thần kinh không ổn định, liên tục di chuyển trong các tế bào thần kinh, bị mòn và được thay thế trong vòng vài giờ hoặc vài ngày, điều này đặt ra câu hỏi: làm thế nào trí nhớ có thể ổn định trong nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ?

Trong mô hình chuột, các nhà nghiên cứu tập trung vào vai trò của KIBRA, một loại protein được biểu hiện trong thận và não có các biến thể di truyền liên quan đến cả trí nhớ tốt và kém. Họ nghiên cứu cách KIBRA tương tác với các phân tử khác quan trọng đối với sự hình thành trí nhớ, trong trường hợp này là protein kinase Mzeta (PKMzeta). Enzym này là một phân tử quan trọng để tăng cường các khớp thần kinh bình thường ở động vật có vú, nhưng nó bị phá vỡ sau một vài ngày.

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng KIBRA là "mắt xích còn thiếu" trong trí nhớ dài hạn, hoạt động như một "thẻ synap vĩnh viễn" hoặc chất keo gắn vào các synap mạnh và PKMzeta trong khi tránh các synap yếu.

“Khi trí nhớ được hình thành, các khớp thần kinh tham gia vào quá trình này được kích hoạt và KIBRA được đặt có chọn lọc tại các khớp thần kinh đó”, Sacktor, giáo sư về sinh lý học, dược lý học, gây mê và khoa học thần kinh tại SUNY Downstate giải thích. “Sau đó, PKMzeta gắn vào thẻ khớp thần kinh KIBRA và giữ cho các khớp thần kinh đó mạnh mẽ. Điều này cho phép các khớp thần kinh bám vào KIBRA mới hình thành, thu hút nhiều PKMzeta mới hình thành hơn”.

Cụ thể hơn, các thí nghiệm của họ, được mô tả trong một bài báo trên tạp chí Science Advances, cho thấy việc phá vỡ kết nối KIBRA-PKMzeta sẽ xóa bỏ những ký ức cũ.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự gia tăng ngẫu nhiên PKMzeta trong não cải thiện trí nhớ yếu hoặc mờ dần, điều này gây bối rối vì nó sẽ hoạt động ở các vị trí ngẫu nhiên. Việc gắn thẻ synap liên tục của KIBRA giải thích lý do tại sao PKMzeta bổ sung cải thiện trí nhớ bằng cách chỉ hoạt động ở các vị trí được KIBRA đánh dấu.

Fenton, cũng làm việc tại Viện Khoa học Thần kinh thuộc Trung tâm Y tế Langone thuộc Đại học New York, cho biết: "Cơ chế gắn thẻ synap liên tục lần đầu tiên giải thích được những phát hiện này, có ý nghĩa lâm sàng đối với các rối loạn trí nhớ về thần kinh và tâm thần".

Các tác giả của bài báo lưu ý rằng nghiên cứu này xác nhận một khái niệm được Francis Crick đưa ra vào năm 1984. Sacktor và Fenton chỉ ra rằng giả thuyết của ông để giải thích vai trò của não trong việc lưu trữ trí nhớ bất chấp những thay đổi liên tục về tế bào và phân tử là cơ chế của "Con tàu Theseus" - một lập luận triết học từ thần thoại Hy Lạp trong đó những tấm ván mới thay thế những tấm ván cũ để hỗ trợ "Con tàu Theseus" qua nhiều năm.

Sacktor cho biết: "Cơ chế gắn thẻ synap liên tục tương tự như cách các tấm ván mới thay thế các tấm ván cũ để duy trì Con tàu Theseus qua nhiều thế hệ và cho phép trí nhớ tồn tại trong nhiều năm ngay cả khi các protein hỗ trợ trí nhớ bị thay thế".

"Francis Crick đã trực giác dự đoán cơ chế Con tàu Theseus này, thậm chí còn dự đoán vai trò của protein kinase. Nhưng phải mất 40 năm để khám phá ra rằng các thành phần đó là KIBRA và PKMzeta, và tìm ra cơ chế tương tác của chúng."