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La recherche élucide le mécanisme moléculaire derrière le fonctionnement de apprendre et de mémoire

Synthèse :

La potentialisation à long terme (LTP) et la dépression à long terme (LTD) de la force de la synapse excitatoire hippocampal impliquée dans la formation de apprendre et de mémoire en cerveau ont été séparé expliquées, mais le mécanisme moléculaire qui les explique largement n'a pas été élucidé. M. Tomonari Sumi, institut de recherches de professeur agrégé pour la Science interdisciplinaire, l'université d'Okayama, et le M. Kouji Harada, service de professeur adjoint de l'informatique et de concevoir, université de technologie de Toyohashi s'est concentré sur la concurrence de l'exocytose et l'endocytose des récepteurs de glutamate d'AMPA-type dépendants du nombre d'ions calcium qui circulent dans le postsynapse des neurones excitatoires hippocampal, et a expliqué la compréhension complète du LTP et du Ltd par une simulation modèle mathématique de grande puissance.

Petits groupes :

(NMDA)le récepteur de glutamate de n-méthylique-D-ASPARTATE-type (NMDAR) - potentialisation à long terme dépendante (LTP) et dépression à long terme (LTD) dans les synapses sur les neurones excitatoires hippocampal sont considérés un essentiel de base moléculaire pour former les circuits neuraux impliqués en apprenant et la mémoire. Dans les mammalians, on le confirme que le facteur principal de l'admission de LTP et de Ltd a comme conséquence une augmentation et une diminution dans le récepteur de type acide de α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic (AMPA) (AMPAR) à la membrane postsynaptic selon le volume d'ion calcium. Cependant, le mécanisme sur le nombre variable d'AMPAR n'a pas été élucidé. De plus, il y a les disputes suivantes pour la voie principale pour AMPAR trafiquant à la membrane postsynaptic.

Penn, et autres prouvé que la diffusion transversale à longue portée d'AMPAR dirigé des endroits autres que la membrane postsynaptic (par exemple arbre de dendrite) vers la membrane postsynaptic est la voie principale pour AMPAR trafiquant pour le LTP, et la voie transversale à longue portée de diffusion a été considéré le candidat le plus susceptible comme voie principale.

D'autre part, Wang a et autres expliqué l'importance du transport actif de réutiliser des endosomes contenant AMPAR par la myosine moléculaire Vb de moteur, et Wu a et autres observé l'exocytose des endosomes de réutilisation contenant AMPAR pendant l'admission de LTP. Ces études ont incarné les procédés élémentaires d'AMPAR trafiquant par l'intermédiaire de la voie endosome de réutilisation. Actuel, elle est encore inconnue que la voie pour le trafic d'AMPAR est la principale, mais car ces disputes sont fondamentalement impliquées dans l'admission de LTP, on l'a considéré désirable pour pouvoir expliquer la voie comprenant l'admission du Ltd sans incohérence.

M. Sumi et M. Harada ont modélisé les 4 procédés suivants comportant le transport « actif » de réutiliser des endosomes d'AMPAR par la myosine moléculaire Vb de moteur comme voie pour AMPAR trafiquant à la membrane postsynaptic afin d'expliquer largement le LTP/LTD.

* Signalisation AKAP150 complexe réglant la phosphorylation/dephosphorylation des sous-unités, GluA1 et GluA2, qui constituent AMPAR

* Endocytose d'AMPAR au cytoplasme par une protéine calcium-grippante, PICK1

* Transport actif stationnaire de réutiliser des endosomes contenant AMPAR vers les membranes postsynaptic par la myosine Vb

* Prise d'AMPAR à environ les membranes postsynaptic par l'exocytose de Syt1/7-dependent

Nous avons exécuté une simulation utilisant un modèle postsynaptic basé sur ces procédés et suivi à reproduire le cours de temps du nombre d'AMPAR correspondant à l'admission du Ltd et du Ltd observés dans l'expérience. Nous avons également montré la reproductibilité qualitative des résultats rapportés comme l'admission nuie de LTP due à l'interférence du transport de Vb de myosine, l'admission nuie de Ltd due au régime diminué de la réaction de la dephosphorylation de PP2B-dependent d'AMPAR, les admissions nuies de LTP et de Ltd dues au niveau d'expression PICK1, et l'admission nuie de LTP dans le mutant calcium-grippant du domaine Syt1, expliquant la validité du modèle. Les conclusions tirées de cette simulation sont comme suit.

l'expression de 1.The LTP (ou Ltd) est provoquée par un phénomène que l'exocytose déclenchée par l'activation de Syt1/7 devient plus prédominante (ou inférieur) que l'endocytose déclenchée par l'activation PICK1, ayant pour résultat une augmentation (ou la diminution) du nombre d'AMPAR à la membrane postsynaptic.

la différence 2.The dans l'activation calcium-dépendante entre les détecteurs de calcium, PICK1 et Syt1, est donnée droit par la différence dans ces derniers des constantes calcium-grippantes.

3.Myosin Vb transporte les endosomes de réutilisation contenant AMPAR vers autour de la membrane postsynaptic par le transport piloté par ATP stationnaire non dépendant de la concentration en calcium.

4. Comme résultat, les endosomes de réutilisation sont prêts sur les membranes de sorte qu'ils puissent immédiatement adresser la prochaine exocytose de Syt1-dependent, activant l'admission rapide de LTP.

5.AMPARs repris à autour de la membrane postsynaptic due à l'exocytose sont immédiatement réappropriés à la membrane de synapse par la diffusion transversale.

Futures perspectives :

Le modèle de réseau neuronal imitant la fonction cérébrale plus élevée peut apprendre des modifications de coefficient de couplage de synapse, et la règle de Hebbian est connue pendant qu'une règle apprenante la plus fondamentale. La règle de Hebbian et ses versions étendues/modifiées sont actuel employées en tant qu'apprendre les règles, qui sont connues pour être étroitement liées à LTP NMDAR-dépendant. L'accomplissement de cette étude constitue une base moléculaire pour la règle de Hebbian ou les modifications du grippement de synapse, qui est attendu pour être un signe pour comprendre la fonction cérébrale élevée du niveau moléculaire.

Source:
Journal reference:

Sumi, T & Harada, K. (2020) Mechanism underlying hippocampal long-term potentiation and depression based on competition between endocytosis and exocytosis of AMPA receptors. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-020-71528-3.