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La ricerca delucida il meccanismo molecolare dietro la funzione di memoria e dell'apprendimento

Generalità:

Il potenziamento a lungo termine (LTP) e la depressione a lungo termine (LTD) della resistenza di sinapsi eccitante hippocampal in questione nella formazione di memoria e dell'apprendimento in cervello sono stati spiegati esclusivamente, ma il meccanismo molecolare che li spiega completamente non è stato delucidato. Il Dott. Tomonari Sumi, istituto di ricerca di professore associato per scienza interdisciplinare, l'università di Okayama ed il Dott. Kouji Harada, dipartimento di assistente universitario dell'informatica e dell'assistenza tecnica, università tecnologica di Toyohashi ha messo a fuoco sulla concorrenza di esocitosi e sul endocytosis dei ricevitori AMPA tipi del glutammato dipendenti dal numero degli ioni del calcio che sfociano nel postsynapse dei neuroni eccitanti hippocampal ed ha dimostrato la comprensione completa del LTP e della srl tramite una simulazione di modello matematica su grande scala.

Dettagli:

(NMDA)il ricevitore N metilico D aspartato tipo del glutammato (NMDAR) - potenziamento a lungo termine dipendente (LTP) e la depressione a lungo termine (LTD) nelle sinapsi sui neuroni eccitanti hippocampal è considerato come una base molecolare essenziale per formare i circuiti neurali in questione nell'apprendimento e nella memoria. Nei mammalians, è confermato che il fattore principale dell'induzione di LTP e della srl provoca un aumento e una diminuzione in ricevitore tipo acido di α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic (AMPA) (AMPAR) alla membrana postsinaptica secondo il volume dello ione del calcio. Tuttavia, il meccanismo sul numero variante del AMPAR non è stato delucidato. Inoltre, ci sono le seguenti controversie per la via principale per AMPAR che traffica alla membrana postsinaptica.

Penn, et al. indicato che la diffusione laterale a lungo raggio di AMPAR diretto dalle aree all'infuori della membrana postsinaptica (per esempio asta cilindrica del dendrite) verso la membrana postsinaptica è la via principale per AMPAR che traffica per il LTP e la via laterale a lungo raggio della diffusione è stato considerato come il candidato più probabile come la via principale.

D'altra parte, Wang et al. ha dimostrato l'importanza del trasporto attivo del riciclaggio dei endosomes che contengono AMPAR dalla miosina molecolare Vb del motore e Wu et al. ha osservato l'esocitosi dei endosomes di riciclaggio che contengono AMPAR durante l'induzione di LTP. Questi studi hanno compreso i trattamenti elementari di AMPAR che traffica via la via endosome di riciclaggio. Corrente, è ancora sconosciuta che la via per il traffico di AMPAR è quella principale, ma poichè queste controversie sono comprese basicamente nell'induzione di LTP, è stato auspicato potere da spiegare la via compreso l'induzione della srl senza contraddizione.

Il Dott. Sumi ed il Dott. Harada hanno modellato i seguenti 4 trattamenti che comprendono il trasporto “attivo„ del riciclaggio dei endosomes di AMPAR dalla miosina molecolare Vb del motore come via per AMPAR che traffica alla membrana postsinaptica per spiegare completamente il LTP/LTD.

* Segnalare AKAP150 complessa gestendo la fosforilazione/defosforilazione degli sottounità, GluA1 e GluA2, che costituiscono AMPAR

* Endocytosis di AMPAR al citoplasma da una proteina dell'calcio-associazione, PICK1

* Trasporto attivo stazionario di riciclaggio dei endosomes che contengono AMPAR verso le membrane postsinaptiche dalla miosina Vb

* Assorbimento di AMPAR a circa le membrane postsinaptiche da esocitosi di Syt1/7-dependent

Abbiamo realizzato una simulazione facendo uso di un modello postsinaptico basato su questi trattamenti e riuscito a riprodurre il corso di tempo del numero di AMPAR che corrisponde all'induzione della srl e della srl osservate nell'esperimento. Egualmente abbiamo mostrato la riproducibilità qualitativa dei risultati riferiti quali induzione alterata di LTP dovuto interferenza del trasporto di Vb della miosina, induzione alterata della srl dovuto la tariffa in diminuzione della reazione della defosforilazione di PP2B-dependent di AMPAR, induzioni alterate della srl e di LTP dovuto il livello di espressione PICK1 ed induzione alterata di LTP nel mutante del dominio dell'calcio-associazione Syt1, dimostrante la validità del modello. Le conclusioni ricavate da questa simulazione sono come segue.

l'espressione di 1.The LTP (o srl) è causata da un fenomeno che l'esocitosi avviata dall'attivazione di Syt1/7 si trasforma in più predominante (o in inferiore) che il endocytosis avviato dall'attivazione PICK1, con conseguente aumento (o diminuzione) nel numero di AMPAR alla membrana postsinaptica.

la differenza 2.The nell'attivazione calcio-dipendente fra i sensori del calcio, PICK1 e Syt1, è risultata tramite la differenza in queste costanti dell'calcio-associazione.

3.Myosin Vb porta i endosomes di riciclaggio che contengono AMPAR verso intorno alla membrana postsinaptica tramite il trasporto determinato trifosfato di adenosina stazionario non dipendente da concentrazione nel calcio.

4. Di conseguenza, i endosomes di riciclaggio sono pronti sulle membrane in moda da poterli immediatamente indirizzare essi l'esocitosi seguente di Syt1-dependent, permettendo all'induzione della rapida LTP.

5.AMPARs presi intorno alla membrana postsinaptica dovuto esocitosi immediatamente sono ridistribuiti alla membrana della sinapsi tramite la diffusione laterale.

Prospettiva futura:

Il modello di rete neurale che imita il più alta funzione del cervello può imparare i cambiamenti del coefficiente dell'accoppiamento della sinapsi e la norma di Hebbian è conosciuta mentre una norma d'apprendimento la più fondamentale. La norma di Hebbian e sue versioni estese/modificate corrente è usata come apprendimento delle norme, che sono conosciute per essere strettamente connesse a LTP NMDAR-dipendente. Il risultato di questo studio fornisce una base molecolare per la norma di Hebbian o i cambiamenti dell'associazione della sinapsi, che si pensa che sia un suggerimento per capire l'alta funzione del cervello dal livello molecolare.

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.