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La investigación aclara el mecanismo molecular detrás de la función del aprendizaje y de memoria

Reseña:

La depresión a largo plazo (LTP) de la potenciación y del largo plazo (LTD) de la fuerza de la sinapsis excitadora hippocampal implicada en la formación del aprendizaje y de la memoria en cerebro se ha explicado por separado, pero el mecanismo molecular que los explica completo no se ha aclarado. El Dr. Tomonari Sumi, instituto del profesor adjunto de investigación para la ciencia interdisciplinaria, la universidad de Okayama, y el Dr. Kouji Harada, departamento del profesor adjunto de informática y de dirigir, Universidad Tecnológica de Toyohashi se centró en la competencia de la exocitosis y el endocytosis del AMPA-tipo receptores del glutamato relacionados en el número de iones del calcio que fluyen en el postsynapse de neuronas excitadoras hippocampal, y demostró la comprensión completa del LTP y del LTD por una simulación modelo matemática en grande.

Detalles:

(NMDA)el N-metílico-D-ASPARTATO-tipo receptor del glutamato (NMDAR) - depresión a largo plazo relacionada (LTP) de la potenciación y del largo plazo (LTD) en sinapsis en las neuronas excitadoras hippocampal se considera ser una base molecular esencial formar los circuitos de los nervios implicados en el aprendizaje y la memoria. En mammalians, se confirma que el factor principal de la inducción de LTP y del LTD da lugar a un aumento y a una disminución del ácido de α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic (AMPA) - pulsa el receptor (AMPAR) en la membrana postsináptica dependiendo del volumen del ión del calcio. Sin embargo, el mecanismo en el número diverso del AMPAR no se ha aclarado. Además, hay los conflictos siguientes para el camino principal para AMPAR que trafica a la membrana postsináptica.

Han considerado a Penn, y otros mostrado que la difusión lateral de largo alcance de AMPAR dirigido de las áreas con excepción de la membrana postsináptica (e.g árbol de la dendrita) a la membrana postsináptica es el camino principal para AMPAR que trafica para el LTP, y el camino lateral de largo alcance de la difusión ser el candidato más probable como el camino principal.

Por otra parte, Wang y otros demostró la importancia del transporte activo de reciclar los endosomes que contenían AMPAR por la miosina molecular Vb del motor, y Wu y otros observó la exocitosis de los endosomes de reciclaje que contenían AMPAR durante la inducción de LTP. Estos estudios personificaron los procesos elementales de AMPAR que traficaba vía el camino endosome de reciclaje. Actualmente, es todavía desconocido que el camino para el tráfico de AMPAR es el principal, pero como estos conflictos están implicados básicamente en la inducción de LTP, se ha considerado deseable poder explicar el camino incluyendo la inducción del LTD sin inconsistencia.

El Dr. Sumi y el Dr. Harada modelaron los 4 procesos siguientes que implicaban el transporte “activo” de reciclar endosomes de AMPAR por la miosina molecular Vb del motor como camino para AMPAR que traficaba a la membrana postsináptica para explicar completo el LTP/LTD.

* Transmisión de señales AKAP150 compleja controlando la fosforilación/la defosforilización de las subunidades, GluA1 y GluA2, que constituyen AMPAR

* Endocytosis de AMPAR al citoplasma por una proteína calcio-obligatoria, PICK1

* Transporte activo estacionario de reciclar los endosomes que contienen AMPAR hacia las membranas postsinápticas por la miosina Vb

* Absorción de AMPAR aproximadamente las membranas postsinápticas por exocitosis de Syt1/7-dependent

Realizamos una simulación usando un modelo postsináptico basado en estos procesos y tenido éxito en reproducir el curso del tiempo del número de AMPAR correspondiente a la inducción del LTD y del LTD observados en el experimento. También mostramos la reproductibilidad cualitativa de los resultados denunciados por ejemplo la inducción empeorada de LTP debido a la interferencia del transporte de Vb de la miosina, inducción empeorada del LTD debido al índice disminuido de reacción de la defosforilización de PP2B-dependent de AMPAR, las inducciones empeoradas de LTP y del LTD debido al nivel de la expresión PICK1, e inducción empeorada de LTP en el mutante calcio-obligatorio del dominio Syt1, demostrando la validez del modelo. Las conclusiones extraídas de esta simulación están como sigue.

la expresión de 1.The LTP (o LTD) es causada por un fenómeno que la exocitosis accionada por la activación de Syt1/7 se convierta en más predominante (o inferior) que el endocytosis accionado por la activación PICK1, dando por resultado un aumento (o la disminución) del número de AMPAR en la membrana postsináptica.

la diferencia 2.The en la activación calcio-relacionada entre los sensores del calcio, PICK1 y Syt1, es resultada por la diferencia en éstos los constantes calcio-obligatorios.

3.Myosin Vb lleva los endosomes de reciclaje que contienen AMPAR hacia alrededor de la membrana postsináptica por el transporte impulsado ATP estacionario no relacionado en la concentración del calcio.

4. Como consecuencia, los endosomes de reciclaje están listos en las membranas de modo que puedan dirigir inmediatamente la exocitosis siguiente de Syt1-dependent, habilitando la inducción rápida de LTP.

5.AMPARs tomados hasta alrededor de la membrana postsináptica debido a la exocitosis son reasignados inmediatamente a la membrana de la sinapsis por la difusión lateral.

Perspectiva futura:

El modelo de red neuronal que imita la función más alta del cerebro puede aprender cambios del coeficiente del acoplamiento de la sinapsis, y se sabe la regla de Hebbian mientras que una regla de aprendizaje más básica. La regla de Hebbian y sus versiones extendidas/modificadas se utiliza actualmente como aprendizaje de las reglas, que se saben para estar estrechamente vinculadas a LTP NMDAR-relacionado. El logro de este estudio ofrece una base molecular para la regla de Hebbian o los cambios del atascamiento de la sinapsis, que se prevee que sea una indirecta para entender la alta función del cerebro del nivel molecular.

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.