نقش CAMP و پروتئین کیناز A در حافظه و تأیید در مگس سرکه

پژوهش‌های ما روی آپلیزیا نشان داد که سروتونین (serotonin) با افزایش ترشح گلوتامات (glutamate) از طریق آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cyclic adenosine monophosphate, CAMP) حافظه‌ی کوتاه‌مدت را تقویت می‌کند. CAMP، به‌عنوان پیام‌رسان ثانی (second messenger)، با فعال‌سازی پروتئین کیناز A (protein kinase A) عمل می‌کند. این آنزیم از چهار زیرواحد تشکیل شده است: دو زیرواحد تنظیم‌کننده و دو زیرواحد کاتالیزی. زیرواحدهای تنظیم‌کننده زیرواحدهای کاتالیزی را مهار می‌کنند، اما افزایش CAMP آن‌ها را جدا کرده و امکان فسفرافزایی (phosphorylation) پروتئین‌های هدف را فراهم می‌کند. فسفرافزایی برخی پروتئین‌ها را فعال و برخی را غیرفعال می‌کند، مانند کلیدی مولکولی که فعالیت بیوشیمیایی را کنترل می‌کند (تصویر ۱۶-۳).

در سال ۱۹۷۶، مارسلو برونلی با تزریق CAMP به نورون حسی آپلیزیا، افزایش شدید ترشح گلوتامات و تقویت سیناپس بین نورون حسی و حرکتی را مشاهده کرد. این آزمایش نقش CAMP در حافظه‌ی کوتاه‌مدت را تأیید کرد. در سال ۱۹۷۸، با پل گرین‌گارد بررسی کردیم که آیا پروتئین کیناز A در این فرایند دخیل است. تزریق زیرواحدهای کاتالیزی پروتئین کیناز A به نورون‌های حسی، ارتباطات سیناپسی را تقویت کرد و ترشح گلوتامات را افزایش داد. تزریق بازدارنده‌ی پروتئین کیناز A، از تأثیر سروتونین در افزایش ترشح گلوتامات جلوگیری کرد. این آزمایش‌ها نشان داد که CAMP و پروتئین کیناز A برای تقویت سیناپسی و ذخیره‌سازی حافظه‌ی کوتاه‌مدت ضروری‌اند (تصویر ۱۶-۴).

استیون زیگلبام کانال یونی پتاسیم را کشف کرد که به سروتونین واکنش نشان می‌داد و آن را کانال S نامیدیم. این کانال در حالت استراحت باز است و پتانسیل غشایی استراحت را ایجاد می‌کند. با تراکم سروتونین یا CAMP، کانال بسته می‌شود، پتاسیم کندتر از یاخته خارج می‌شود و پتانسیل عمل طولانی‌تر می‌شود. این امر ورود کلسیم به پایانه‌های پیشاسیناپسی را افزایش می‌دهد، که برای ترشح گلوتامات ضروری است. CAMP و پروتئین کیناز A نیز مستقیماً روی دستگاه آزادسازی آبدانک‌های سیناپسی (vesicles) تأثیر می‌گذارند و ترشح گلوتامات را تقویت می‌کنند (تصویر ۱۶-۴).

این یافته‌ها با تحقیقات ژنتیکی روی مگس سرکه (Drosophila) تأیید شد. مگس سرکه، با چهار کروموزوم و چرخه‌ی تولیدمثلی کوتاه، برای تحقیقات ژنتیکی ایده‌آل است. سیمور بنزر در سال ۱۹۶۷ با ایجاد جهش‌های تصادفی، تأثیرات آن‌ها را بر یادگیری بررسی کرد. چیپ کوئین و یادین دودای با شرطی‌سازی کلاسیک، مگس‌ها را در معرض دو رایحه قرار دادند. رایحه‌ی شماره‌ی یک با شوک الکتریکی همراه بود، که مگس‌ها را شرطی کرد تا از آن اجتناب کنند. مگس‌های شرطی‌شده به رایحه‌ی شماره‌ی دو نزدیک شدند. تا سال ۱۹۷۴، مگسی جهش‌یافته به نام «کندذهن» شناسایی شد که نقص در حافظه‌ی کوتاه‌مدت داشت. دانکن بپرس در سال ۱۹۸۱ نشان داد که جهش در ژنی مسئول تجزیه‌ی CAMP باعث انباشت این ماده شد، که سیناپس‌ها را اشباع کرد و از تغییرات بعدی جلوگیری نمود. جهش‌های دیگر نیز عصب‌راهه‌های پیام‌رسانی CAMP را تحت تأثیر قرار می‌دادند.

آزمایش‌های آپلیزیا و مگس سرکه نشان داد که سازوکارهای یاخته‌ای حافظه‌ی کوتاه‌مدت در گونه‌های مختلف مشابه و در تکامل حفظ شده‌اند. عصب‌راهه‌های پیام‌رسانی بیوشیمیایی (biochemical signaling pathways) در نورون‌ها مشابه دیگر یاخته‌ها عمل می‌کنند. CAMP نه‌تنها در نورون‌ها، بلکه در روده، کلیه، و کبد برای تغییرات سوخت‌وسازی استفاده می‌شود. حتی در باکتری اشریشیا کلی (Escherichia coli)، CAMP به‌عنوان پیام‌رسان ثانی عمل می‌کند. فرانسوا ژاکوب نشان داد که تکامل مانند تعمیرکاری سرهم‌بندی‌کن عمل می‌کند، که از مولکول‌های موجود برای کارکردهای جدید، مانند ذخیره‌سازی حافظه، استفاده می‌کند. برخلاف انتظار، پروتئین‌های اختصاصی مغز انسان اندک‌اند و گیرنده‌های ناقل عصبی در دیگر یاخته‌ها نیز وجود دارند. شالوده‌ی حافظه از عناصر مشترکی تشکیل شده که در سراسر حیات حفظ شده‌اند.


📓 در جست‌وجوی حافظه: پیدایش دانش نوین ذهن
✍ اریک کندل
®️ سلامت رنجبر

🆔 @Chekide_ha