การศึกษาวิจัยเปิดเผย 'กาวโมเลกุล' ที่ส่งเสริมการสร้างและการรักษาเสถียรภาพของความจำ

ไม่ว่าจะเป็นการไปสวนสัตว์ครั้งแรกหรือช่วงเวลาที่เราเรียนรู้การขี่จักรยาน เราก็มีความทรงจำในวัยเด็กที่คงอยู่ไปตลอดชีวิต แต่สิ่งใดล่ะที่ทำให้ความทรงจำเหล่านี้คงอยู่ไปนานแสนนาน

ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารScience Advancesโดยทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้เปิดเผยพื้นฐานทางชีววิทยาของความทรงจำระยะยาว การค้นพบที่สำคัญคือบทบาทของโมเลกุล KIBRA ซึ่งทำหน้าที่เป็น "กาว" สำหรับโมเลกุลอื่นๆ จึงช่วยเสริมการก่อตัวของความทรงจำ

Andre Fenton ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์กและหนึ่งในนักวิจัยชั้นนำอธิบายว่า “ความพยายามก่อนหน้านี้ในการทำความเข้าใจว่าโมเลกุลจัดเก็บความทรงจำระยะยาวได้อย่างไรนั้นมุ่งเน้นไปที่การกระทำของโมเลกุลแต่ละตัว การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลเหล่านี้โต้ตอบกันอย่างไรเพื่อให้แน่ใจว่าความทรงจำจะถูกเก็บไว้อย่างถาวร”

“ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับวิธีการจัดเก็บความทรงจำของเราจะช่วยให้สามารถนำไปใช้ในการศึกษาวิจัยและรักษาโรคที่เกี่ยวข้องกับความทรงจำในอนาคตได้” Todd Sacktor ศาสตราจารย์จาก SUNY Downstate Health Sciences และหนึ่งในนักวิจัยหลักกล่าวเสริม

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าเซลล์ประสาทจะจัดเก็บข้อมูลในรูปแบบของไซแนปส์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ ซึ่งกำหนดการเชื่อมต่อและการทำงานของเครือข่ายประสาท อย่างไรก็ตาม โมเลกุลในไซแนปส์ไม่เสถียร เคลื่อนที่ไปมาภายในเซลล์ประสาทตลอดเวลา เสื่อมสภาพ และถูกแทนที่ภายในไม่กี่ชั่วโมงหรือไม่กี่วัน ทำให้เกิดคำถามว่า ความทรงจำจะเสถียรได้อย่างไรตลอดหลายปีหรือหลายทศวรรษ?

ในแบบจำลองหนู นักวิจัยเน้นที่บทบาทของ KIBRA ซึ่งเป็นโปรตีนที่แสดงออกในไตและสมอง โดยโปรตีนดังกล่าวมีรูปแบบทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับความจำทั้งดีและไม่ดี พวกเขาศึกษาว่า KIBRA มีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลอื่นๆ ที่สำคัญต่อการสร้างความจำอย่างไร ในกรณีนี้คือโปรตีนไคเนส Mzeta (PKMzeta) เอนไซม์นี้เป็นโมเลกุลสำคัญในการเสริมสร้างไซแนปส์ปกติในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่จะสลายตัวหลังจากผ่านไปไม่กี่วัน

การทดลองแสดงให้เห็นว่า KIBRA เป็น "ตัวเชื่อมโยงที่ขาดหายไป" ในความทรงจำระยะยาว โดยทำหน้าที่เป็น "แท็กซินแนปส์ถาวร" หรือกาวที่ยึดติดกับซินแนปส์ที่แข็งแกร่งและ PKMzeta ขณะที่หลีกเลี่ยงซินแนปส์ที่อ่อนแอ

“เมื่อความทรงจำถูกสร้าง ไซแนปส์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้จะถูกกระตุ้น และ KIBRA จะถูกวางไว้ที่ไซแนปส์เหล่านั้นอย่างเลือกสรร” Sacktor ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านสรีรวิทยา เภสัชวิทยา วิสัญญีวิทยา และประสาทวิทยาที่ SUNY Downstate อธิบาย “PKMzeta จะยึดติดกับแท็กไซแนปส์ของ KIBRA และทำให้ไซแนปส์เหล่านั้นแข็งแรง ซึ่งจะทำให้ไซแนปส์เกาะติดกับ KIBRA ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ ซึ่งจะดึงดูด PKMzeta ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่เข้ามาอีก”

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทดลองของพวกเขา ซึ่งอธิบายไว้ในเอกสารใน Science Advances แสดงให้เห็นว่าการทำลายการเชื่อมต่อ KIBRA-PKMzeta จะลบความทรงจำเก่าๆ

จากการศึกษาครั้งก่อนพบว่าการเพิ่มขึ้นแบบสุ่มของ PKMzeta ในสมองช่วยปรับปรุงความจำที่อ่อนแอหรือเลือนหายไป ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าฉงนเพราะจะออกฤทธิ์ในตำแหน่งสุ่ม การแท็กซินแนปส์อย่างต่อเนื่องโดย KIBRA อธิบายว่าเหตุใด PKMzeta เพิ่มเติมจึงช่วยปรับปรุงความจำโดยออกฤทธิ์เฉพาะในตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายโดย KIBRA

“กลไกของการแท็กซินแนปส์แบบต่อเนื่องสามารถอธิบายการค้นพบเหล่านี้ได้เป็นครั้งแรก ซึ่งมีความหมายทางคลินิกต่อความผิดปกติของความจำทางระบบประสาทและจิตเวช” เฟนตันซึ่งอยู่ที่สถาบันประสาทวิทยาของศูนย์การแพทย์ NYU Langone กล่าว

ผู้เขียนบทความนี้ระบุว่าการศึกษานี้ยืนยันแนวคิดที่ฟรานซิส คริกเสนอในปี 1984 แซ็กเตอร์และเฟนตันชี้ให้เห็นว่าสมมติฐานของเขาในการอธิบายบทบาทของสมองในการจัดเก็บความทรงจำแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงในระดับเซลล์และโมเลกุลอย่างต่อเนื่องคือกลไกของ "เรือธีซีอุส" ซึ่งเป็นข้อโต้แย้งทางปรัชญาจากตำนานเทพเจ้ากรีกที่แผ่นไม้ใหม่มาแทนที่แผ่นไม้เก่าเพื่อรองรับ "เรือธีซีอุส" ตลอดหลายปีที่ผ่านมา

“กลไกของการแท็กซินแนปส์แบบต่อเนื่องนั้นคล้ายคลึงกับการที่บอร์ดใหม่มาแทนที่บอร์ดเก่าเพื่อบำรุงรักษาเรือธีซีอุสข้ามรุ่น และช่วยให้ความทรงจำยังคงอยู่ได้นานหลายปี แม้ว่าโปรตีนที่รองรับความทรงจำจะถูกแทนที่ก็ตาม” Sacktor กล่าว

“ฟรานซิส คริกทำนายกลไกของเรือธีซีอุสนี้ไว้โดยสัญชาตญาณ โดยทำนายถึงบทบาทของโปรตีนไคเนสด้วย แต่ต้องใช้เวลาถึง 40 ปีจึงจะค้นพบว่าส่วนประกอบทั้งสองนี้คือ KIBRA และ PKMzeta และค้นพบกลไกที่ทั้งสองโต้ตอบกัน”