BIOCHEMICZNA

BIOCHEMICZNA

TEORIA

TEORIA

PAMIĘCI

PAMIĘCI

Leszek Kaczmarek, ROLA POBUDZENIA

Leszek Kaczmarek, ROLA POBUDZENIA

GENOMU W PROCESACH UCZENIA SIĘ I

GENOMU W PROCESACH UCZENIA SIĘ I

PAMIĘCI.

PAMIĘCI.

Marta Troć

Marta Troć

WPROWADZENIE

WPROWADZENIE

►

Genom odgrywa istotną rolę w

Genom odgrywa istotną rolę w

procesach plastyczności neuronalnej.

procesach plastyczności neuronalnej.

►

GENOM

GENOM

– zespół chromosomów razem

– zespół chromosomów razem

z zawartymi w nich genami.

z zawartymi w nich genami.

funkcje genomu

funkcje genomu



BIERNA – nośnik informacji o strukturze

BIERNA – nośnik informacji o strukturze

różnych rodzajów RNA i białek niezbędnych

różnych rodzajów RNA i białek niezbędnych

do prawidłowego działania komórki nerwowej

do prawidłowego działania komórki nerwowej



AKTYWNA

AKTYWNA

– wiemy o tym, bo:

– wiemy o tym, bo:

►

Hamowanie tworzenia śladów pamięciowych przez

Hamowanie tworzenia śladów pamięciowych przez

inhibitory biosyntezy RNA i białek

inhibitory biosyntezy RNA i białek

►

Wzmożona synteza RNA i białek towarzysząca

Wzmożona synteza RNA i białek towarzysząca

uczeniu się

uczeniu się

►

Zwiększona ekspresja genów, szczególnie tych,

Zwiększona ekspresja genów, szczególnie tych,

które kodują czynniki transkrypcyjne.

które kodują czynniki transkrypcyjne.

►

ekspresja genu

ekspresja genu

– stan aktywności.

– stan aktywności.

transkrypcja

transkrypcja

(„przepisanie” informacji z

(„przepisanie” informacji z

jednej nici rozplecionego DNA na

jednej nici rozplecionego DNA na

komplementarną sekwencję w mRNA, co

komplementarną sekwencję w mRNA, co

umożliwia translację mRNA i w dalszej

umożliwia translację mRNA i w dalszej

kolejności syntezę polipeptydu)

kolejności syntezę polipeptydu)

INHIBITORY

INHIBITORY

SYNTEZY BIAŁEK I

SYNTEZY BIAŁEK I

RNA

RNA

badania

badania

1.

1.

J.B. i L.B. Flexner & E. Stellar -

J.B. i L.B. Flexner & E. Stellar -

stwierdzili

stwierdzili

ZANIKANIE ŚLADU PAMIĘCIOWEGO u myszy, którym

ZANIKANIE ŚLADU PAMIĘCIOWEGO u myszy, którym

podawali inhibitor biosyntezy białek (puromycynę).

podawali inhibitor biosyntezy białek (puromycynę).

►

Dotyczy to konsolidacji pamięci! (śladu

Dotyczy to konsolidacji pamięci! (śladu

długotrwałego)

długotrwałego)

2.

2.

G. Grecksh & H. Matthies –

G. Grecksh & H. Matthies –

podawali

podawali

szczurom anizomycynę.

szczurom anizomycynę.

►

Istnieją dwa okresy szczególnej wrażliwości na

Istnieją dwa okresy szczególnej wrażliwości na

inhibitory – W CZASIE TRENINGU I KILKA

inhibitory – W CZASIE TRENINGU I KILKA

GODZIN PO NIM.

GODZIN PO NIM.

INHIBITORY SYNTEZY BIAŁEK I

INHIBITORY SYNTEZY BIAŁEK I

RNA

RNA

badania

badania

3.

3.

E. Kandel & współpracownicy –

E. Kandel & współpracownicy –

hodowla

hodowla

neuronów czuciowych i ruchowych (od

neuronów czuciowych i ruchowych (od

Aplysia

Aplysia

californica

californica

). Podawanie serotoniny – wzmocnienie

). Podawanie serotoniny – wzmocnienie

synaptyczne, ale przy jednoczesnych podawaniu

synaptyczne, ale przy jednoczesnych podawaniu

inhibitora – znika to wzmocnienie.

inhibitora – znika to wzmocnienie.

SYNTEZA BIAŁEK I RNA

SYNTEZA BIAŁEK I RNA

PODCZAS UCZENIA SIĘ

PODCZAS UCZENIA SIĘ

►

Trening behawioralny wywołuje zmiany

Trening behawioralny wywołuje zmiany

w budowie kw. nukleinowych.

w budowie kw. nukleinowych.

►

Co się stanie po podaniu

Co się stanie po podaniu

radioaktywnych prekursorów RNA i

radioaktywnych prekursorów RNA i

białka?

białka?



Matthies – wzmożona synteza białek i RNA

Matthies – wzmożona synteza białek i RNA

(po sesji nabywania reakcji różnicowania

(po sesji nabywania reakcji różnicowania

wzrokowego)

wzrokowego)

występuje selektywnie w

występuje selektywnie w

HIPOKAMPIE i KORZE WZROKOWEJ

HIPOKAMPIE i KORZE WZROKOWEJ

►

gen

gen

c-fos

c-fos

i jego produkt białkowy c-Fos

i jego produkt białkowy c-Fos



trening behawioralny - szczur i aktywna

trening behawioralny - szczur i aktywna

reakcja unikania.

reakcja unikania.



1 sesja – 50 prób, 25 min - akumulacja

1 sesja – 50 prób, 25 min - akumulacja

mRNA w hipokampie.

mRNA w hipokampie.



Po określonej ilości takich sesji – stabilizacja

Po określonej ilości takich sesji – stabilizacja

= niezdolność do dalszej poprawy wyników.

= niezdolność do dalszej poprawy wyników.



A gdy dodamy nowy bodziec warunkowy?

A gdy dodamy nowy bodziec warunkowy?

►

ekspresji genu

ekspresji genu

c-fos

c-fos

(już nie tak powszechne,

(już nie tak powszechne,

obecne w obszarach kory czuciowej);

obecne w obszarach kory czuciowej);

►

powrót do poprzedniego poziomu uczenia się.

powrót do poprzedniego poziomu uczenia się.

…

…

ale…

ale…

►

Póki co, brak jest wyników

Póki co, brak jest wyników

doświadczeń, które wnosiły by

doświadczeń, które wnosiły by

informacje o

informacje o

ROLI

ROLI

ekspresji genów w

ekspresji genów w

procesie uczenia się. Na razie mówimy

procesie uczenia się. Na razie mówimy

tylko o korelacji.

tylko o korelacji.

PROCES TWORZENIA SIĘ ŚLADU

PROCES TWORZENIA SIĘ ŚLADU

PAMIĘCIOWEGO

PAMIĘCIOWEGO

►

miejsca i mechanizmy zmian siły

miejsca i mechanizmy zmian siły

połączeń synaptycznych

połączeń synaptycznych



odbieramy informacje czuciowe i

odbieramy informacje czuciowe i

motywacyjne, dzięki neuroprzekaźnikom

motywacyjne, dzięki neuroprzekaźnikom

>>>

>>>



pobudzenie >>>

pobudzenie >>>



aktywacja różnych układów wtórnego

aktywacja różnych układów wtórnego

przekaźnictwa >>>

przekaźnictwa >>>



fosforylacja swoistych białek

fosforylacja swoistych białek

fosforylacja białek

fosforylacja białek

►

umożliwia przekazanie sygnału do

umożliwia przekazanie sygnału do

jądra komórkowego

jądra komórkowego

►

utrzymuje wzmocnienie synaptyczne,

utrzymuje wzmocnienie synaptyczne,

które jest niezbędne do wytworzenia i

które jest niezbędne do wytworzenia i

przeniesienia nowych białek we

przeniesienia nowych białek we

właściwe miejsca

właściwe miejsca

►

znakuje rejony /synapsy/, do których

znakuje rejony /synapsy/, do których

białka efektorowe powinny dotrzeć

białka efektorowe powinny dotrzeć

►

geny efektorowe

geny efektorowe

– na poziomie ich

– na poziomie ich

obszarów regulatorowych ulegają

obszarów regulatorowych ulegają

integracji informacje dostarczone z

integracji informacje dostarczone z

zewnątrz komórki nerwowej

zewnątrz komórki nerwowej

►

ich ekspresja warunkuje powstanie

ich ekspresja warunkuje powstanie

białek efektorowych

białek efektorowych

, które zwiększają

, które zwiększają

siłę połączenia synaptycznego

siłę połączenia synaptycznego

na zakończenie…

na zakończenie…

►

model

model

biochemiczny

biochemiczny

zgodny jest z

zgodny jest z

teoriami pamięci, które dzielą ją na

teoriami pamięci, które dzielą ją na

FAZY

FAZY

(nakładające się)

(nakładające się)

I.

I.

Pamięć krótkotrwała

Pamięć krótkotrwała

II.

II.

Pamięć średniotrwała – zależy od fosforylacji, ale

Pamięć średniotrwała – zależy od fosforylacji, ale

niezależna od syntezy białek i ekspresji genów

niezależna od syntezy białek i ekspresji genów

III.

III.

Pamięć długotrwała – zależna zarówno do

Pamięć długotrwała – zależna zarówno do

fosforylacji jak i do syntezy białek i ekspresji

fosforylacji jak i do syntezy białek i ekspresji

genów

genów

►

Skala czasowa omawianych procesów –

Skala czasowa omawianych procesów –

dni/tygodnie – tyle „żyją” geny. Więc

dni/tygodnie – tyle „żyją” geny. Więc

poza

poza

rozważaniami jest pamięć permanentna

rozważaniami jest pamięć permanentna

.

.

dziękuję za uwagę.

dziękuję za uwagę.