Steve Finkbeiner, neurofyziolog:
„Hlavním regulátorem homeostatického škálovacího procesu je protein Arc“.
(Kredit: Gladstone Institutes)

Steve Finkbeiner je vedoucí kolektivu neurovědců bádajících v oblasti nervových synapsí. To jsou  specializované nervové uzly, které zpracovávají a přenášejí vzruchy mezi neurony. S většinou  synapsí již přicházíme na svět, protože vznikají v době raného vývoje mozku. Později o ně tak trochu jako o iluze, přicházíme. Některé se nám ale přece jen posilují a stávají se základem toho, čemu pak říkáme vzpomínky. Jde o riskantní proces a když se nám nároky na neurony a jejich synapse nedaří ukočírovat v patřičných mezích, vymstí se epileptickými záchvaty,....

Udržení jakéstakés rovnováhy tento proces má dosahovat něčím, co neuroodborníci začali nazývat „homeostatické škálování“. Jednotlivé neurony má posilovat při vytváření nových spojení (vzpomínek) a současně chránit, pokud by jim hrozilo, že by se pod přívalem vzruchů mohli „zavařit“.  První housle v tom má hrát  protein Arc (activity-regulated cytoskeleton-associated protein). Vědce tato souvislost napadla při pokusech na geneticky upravených myších, kterým tento protein chyběl. Byly schopny se něco nového naučit, ale druhý den si na to za nic na světě, nebyly schopny vzpomenout.  A protože se v průběhu učení Arc kumuluje v místě neuronových synapsí, vědci byli přesvědčeni, že  přítomnost této molekuly je tím havním, co dělá vzpomínku trvalou. Tak se to na školách nyní učí.  Ale zřejmě tomu je poněkud jinak. Omyl vyplul na povrch, když vědci své dřívější pokusy na myších a později i ty s buňkami kultivovanými na Petriho miskách, protáhli. Časově protáhli.  Při stimulaci neuronů se v synapsích  protein Arc začne hromadit, to ano, ale pak se většina proteinu Arc  přesouvá. A o tom se zatím prakticky nevědělo.  A kam, že se protein přesouvá? To je na tom asi to nejvíce překvapivé - do buněčného jádra!

Zvětšit obrázek

Kalifornští buněční fyziologové z Gladstone Institutes, patří k světové vědecké špičce. Shinya Yamanaka, Finkbeinerův ústavní kolega obdržel v loňském roce za přeprogramování buněk Nobelovu cenu za medicínu. (Kredit: Gladstone Institutes)

Proces uchování informace v našem mozku tedy ani zdaleka není tak jednoduchý, jak jsme si mysleli. Nejde o „prošlápnutí“ nějaké dráhy, která se upevní v příslušném uzlu vytvořením a navázáním proteinu Arc v místě synapse. Tím to totiž nekončí. Vše je poněkud složitější a místo jednoho procesu tu máme hned tři. První musí zajistit tvorbu proteinu ve styčném uzlu. Druhý se musí postarat o převod proteinu do buněčného jádra a třetí musí dbát na to, aby se přestěhovaný protein v jádře také udržel. To vše jistě začne být nyní předmětem dalšího studia.      

Zvětšit obrázek

Jakmile si pokusné zvíře po přemístění do jiného prostředí začne vytvářet nové synapse, upevňování poznatků se v neuronech hipokampu odrazí ve zvýšené expresi proteinu Arc. (Kredit: Finkbeiner, GI, 2013)

Náš dosavadní pohled na fungování našich vzpomínek se ukázal být poněkud diletantským. Formování paměti se komplikuje, protože pokud něco závisí na proteinu, hned jsou ve hře také geny, které jsou za jeho tvorbu zodpovědné. Ba co víc, v případě tohoto protoeinu se geny musejí zapínat a vypínat v přesně vymezených časových intervalech. Na našich dřívějších představách stále platí, že  protein Arc v tom všem hraje hlavní housle a že bez něj si naše neurony nejsou schopny  zapamatovat zhola nic. Jinak se ale naše dlouhodobá paměť z pouhé „věci“ jednoduchých synapsí mění na celobuněčný orchestr s mnohem větší asistencí buněčného jádra.

Nejen tvorba proteinu (příslušné ribonukleové kyseliny a její převod do dendritů) ale i poruchy  přesunu Arc proteinu do buněčného jádra a jeho schopnost (respektive neschopnost) se v buňkách a řídícím buněčném centru udržet, mohou stát za celou řadou mentálních excesů. Potvrzuje to i nedávné zjištění pacientů s Alzheimerem. V jejich hipokampu byste totiž protein Arc hledali marně. Američtí vědci jdou ve svých úvahách ještě dál a dávají na stůl hypotézu o autismu jako poruše přesunu Arc proteinu z místa jeho tvorby do buněčného jádra.  Možná nejsou tak daleko od pravdy. Nasvědčovalo by tomu onemocnění nazývané syndrom fragilního X chromozomu, který s autismem úzce souvisí. Při něm tvorba Arc proteinu v neuronech značně pokulhává. 

Není to tak dávno, co fyziologové v proteinu Arc viděli jen substanci, která se hromadí v místě využívaných nervových spojů a neurologové tento protein měli za fluidum upevňující vzpomínky. Buněční morfologové stejný protein považovali zase jen za konstrukční prvek formující buňkám jejich kostru – cytoskelet, tvořený z mikrotubulů. Podle úhlu pohledu různé kolektivy proto přidělovali stejnému proteinu  různá jména a tak se v článcích někdy operuje termínem „Arc“, jindy „Arg3.1.“,...  Američané nyní svým objevem dávají za pravdu všem. Útržkovité znalosti se jim podařilo  dát dohromady v jakousi ucelenou teorii „všeho“. V praxi to zatím  využít neumíme, jen naší namyšlenosti se dostalo dalšího ponaučení -  myšlení je ještě komplikovanější, než jsme si mysleli.   

Pramen: Arc in the nucleus regulates PML-dependent GluA1 transcription and homeostatic plasticity,Nature Neuroscience,   DOI: 10.1038/nn.3429
Gladstone Institutes