Πώς ο εγκέφαλος φιλτράρει το ασβέστιο για να δημιουργήσει αναμνήσεις

Το μαγνήσιο μπορεί να φράζει τους υποδοχείς NMDAR, πρωτεϊνικά κανάλια που συμμετέχουν σε βασικές λειτουργίες της μάθησης και της μνήμης. Όταν αυτό το μπλοκάρισμα αίρεται, το ασβέστιο περνά μέσα από τα κανάλια αυτά, επιτρέποντας στα νευρικά κύτταρα να ενεργοποιούν διαδικασίες που συνδέονται με την αποθήκευση πληροφοριών, αναφέρει το Neuroscience News.

Διαχωρίζοντας ασβέστιο και μαγνήσιο

Οι επιστήμονες γνώριζαν εδώ και δεκαετίες τον συγκεκριμένο μηχανισμό, ωστόσο δεν μπορούσαν να εξηγήσουν πώς οι υποδοχείς NMDAR ξεχωρίζουν το ασβέστιο από το μαγνήσιο, δύο στοιχεία που βρίσκονται κοντά στον περιοδικό πίνακα και έχουν το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο. Τώρα, ερευνητές του Εργαστηρίου Cold Spring Harbor Laboratory στη Νέα Υόρκη, με επικεφαλής τον καθηγητή Χίρο Φουρουκάουα και τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Ρούμπιν Στάιγκερβαλντ, δίνουν μια απάντηση που αφορά το νερό, την αφυδάτωση και ένα μοριακό «κλουβί».

Η βασική διαφορά είναι ότι το μαγνήσιο έλκει τα μόρια του νερού ισχυρότερα από το ασβέστιο. Όπως εξηγεί ο Φουρουκάουα, «είναι δυσκολότερο να απομακρυνθεί το νερό που περιβάλλει το μαγνήσιο». Από τη δεκαετία του 1980 υπήρχε η υπόθεση ότι αυτό εξηγεί γιατί το ασβέστιο περνά ευκολότερα μέσα από το κανάλι NMDAR. Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα δεν υπήρχε τρόπος να παρατηρηθεί άμεσα η διαδικασία.

Φιλτράρισμα σε ένα μοριακό «κλουβί»

Η απάντηση ήρθε με τη μέθοδο της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας μεμονωμένων σωματιδίων (single-particle cryo-EM). Οι ερευνητές εστίασαν σε ένα τμήμα του καναλιού που ονομάζεται κλουβί Asn. Πρόκειται για ένα μοριακό «κλουβί» που λειτουργεί σαν φίλτρο, επιτρέποντας να περάσουν μόνο τα κατάλληλα σωματίδια. Έξω από αυτό το φίλτρο, η ομάδα είδε το μαγνήσιο περικυκλωμένο από μόρια νερού, να μπλοκάρει το κανάλι. Το ασβέστιο, επειδή «αποβάλλει» ευκολότερα το νερό γύρω του, μπορεί να περάσει.

Για να καταγραφεί αυτή η εικόνα χρειάστηκαν τεράστιες ποσότητες δεδομένων: περίπου 50.000 βίντεο και εκατομμύρια εικόνες από διαφορετικές γωνίες. Η κίνηση των μορίων του νερού είναι συνεχής και η παρατήρησή της απαιτεί εξαιρετικά υψηλή ανάλυση, αλλά και μεγάλη υπολογιστική ισχύ. Η ομάδα επιβεβαίωσε τα ευρήματά της και με ηλεκτροφυσιολογικές μεθόδους.

• Διαβάστε ακόμη:
  Είναι αληθινές οι αναμνήσεις μας; Οι φυσικοί επανεξετάζουν το παράδοξο του «εγκεφάλου Μπόλτσμαν»

Η σημασία της μελέτης δεν περιορίζεται στη βασική βιολογία. Το κλουβί Asn μπορεί να επηρεαστεί από αυθόρμητες μεταλλάξεις που συνδέονται με διαταραχές GRIN, σοβαρές αναπτυξιακές παθήσεις που συχνά συνοδεύονται από επιληπτικές κρίσεις, αδυναμία ομιλίας και κινητικές δυσκολίες. Κατανοώντας με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς λειτουργεί αυτό το μοριακό φίλτρο, οι επιστήμονες αποκτούν μια καθαρότερη εικόνα για έναν από τους βασικούς μηχανισμούς της μνήμης, αλλά και για το τι μπορεί να πηγαίνει στραβά όταν αυτός διαταράσσεται.