Priony jsou malé infekční proteiny. Neobsahují DNA ani RNA, přesto se dokážou v organismu množit, jsou infekční a způsobují smrtelná neurodegenerativní onemocnění. Kromě případů způsobených konzumací nemocných zvířat (BSE u skotu), mohou priony znenadání začít růst i v normální, zdravé mozkové tkáni. (Kredit: Stanford Univ.)

Trvalost paměti je problém, který našemu poznání úspěšně vzdoruje. Přestože naše zážitky jsou dočasné a většina událostí se stane jen jednou, v mozku nám přivodí změny s následkem trvalé vzpomínky. Tak jako mnoho jiných nad tím dumal i mladíček Kausik Si. Doktorand ze Stowers Institute for Medical Research v Missouri. Dal se dohromady s Erikem Kandelem, nobelistou z New Yorku a v Kansasu dali dohromady partu devíti lidí. Začali řešit otázku, jak by asi příroda mohla stabilní stav paměti zajistit, když má k dispozici jen nestabilní biologický materiál?  Vyšlo jim, že facku, případně i to co jsme se učili ve škole, bychom si nejlépe pamatovali pomocí změněn, které by svými molekulami zprostředkovali proteiny s vlastnostmi prionů.

Proč zrovna ty?

Protože oplývají schopností zaujímat dva různé stavy a jeden z nich je trvalého charakteru. Umožňuje to prostorová struktura jejich molekuly. Právě ta se u každého nového proteinu, objevivšího se v daném místě, dokáže sama obnovit. A dokonce k tomu není potřeba bůhví co. Stačí k tomu se jiné molekuly jen dotknout.

Eric R. Kandel, americký psycholog rakouského původu se svou manželkou před 59 lety.

A jak se později ukázalo, takový protein se jim podařilo najít. Bylo to u mlže. Ušili tím ale na sebe bič, protože se jich všichni začali ptát: Jedná se ale o obecnější jev vztahující se i na živočichy stojící na vývojovém žebříčku nad tvory vodními? A co obratlovci? Je protein zodpovědný i za lidskou paměť? A jak se vytvořená paměťová stopa obnovuje? 


O nabývání různých forem těchto proteinů toho díky studiu nemocí, jakou svého času byla BSE (šílené krávy), víme poměrně dost. Jakmile prionový protein jednou zaujme změněnou podobu, vnucuje ji všem dalším strukturam s nimiž se dostane do kontaktu. U stavu chorobných je taková agresivita naškodu a vede k šíření infekce. Při obnově proteinu v místech, kudy prochází paměťová stopa, může být schopnost donutit náhradu „myslet si totéž“, doslova požehnáním. Tato představa záhy přestala být jen teoretický mudrováním. Chování jednoho proteinu z rodiny CPEB proteinů (reguluje mRNA translaci), předpoklad utužování paměťové stopy potvrdilo. 

Nobelista Eric R. Kandel.
Oceněn byl za objevy při přenosu signálů v nervové soustavě. Díky němu víme, že fosforylace iontových kanálů a exprese nových proteinů  je spojena s vytvářením  dlouhodobých paměťových stop. Jeho neuro-tým mladých výzkumníků krok za krokem odhaluje tajemství naší paměti.

Siův tým pracoval se Zejem  (Aplysia), což je mořský mlž a je to pořádný macek, dorůstá délky okolo 38 cm. Z jeho rosolovitého těla trčí jen 4 tykadla. Ulitu má, ale jen jako průsvitnou plochou destičku. Při ohrožení se chová jako chobotnice, vypouští fialovou tekutinu. Miláčkem neurologů je zvláště středozemní Aplysia depilans. Po stránce nervové soustavy to je primitiv, ale úplně hloupý není. Dá se trénovat. Dotyk spojený se šokem si pamatuje až měsíc. Jednoduché naučené chování je u něj navozeno stimulací sady senzorických a motorických nervů serotoninem. Si  se svým týmem, ve snaze přijít zapomínání na kloub, zkoumal chování prionového proteinu v místě synapse. Zajímal se o reakce ve chvílích, kdy je v nervovém spoji vyloučen serotonin. Podařilo se zjistit, že protein CPEB si charakteristiku prionu podržuje i v místě jeho přirozeného výskytu – v senzorických neuronech. V přítomnosti serotoninu (nervového přenašeče) se přepíná do stavu prionu a ochotně se spojuje se svými „kolegy“ s nimiž se setká. A to je ona změna k trvalejšímu propojení nervových buněk.

Kausik Si ( pátý z leva), Kandelův spolupracovník. Se svým kolektivem z Stowers Institute for Medical Research, Kansas City přispěl ke zlepšení reputace prionů. Navzdory jejich špatné pověsti prokázal i jejich lepší stránku.

Další pokusy s protilátkou namířenou proti CPEB proteinu, jeho shlukování zabránilo. Tím se naše poznatky posunuly až na samý základ změny krátkodobého nervového spoje na ten dlouhodobý. Nejspíš i na samotnou podstatu procesu učení se a uchování paměti na úrovni buňky. Jenže tu je malý problém. Mlži tu jsou už nějakých 500 milionů let a od společného předka jsme každý vyvíjelijinak klikatými cestičkami. Jistou šanci zobecnění poznatku, že by to i se zapamatováváním těch našich každodenních šoků mohlo fungovat podobně, vyplynulo ze zjištění, že obratlovci také mají obdobu CPEB proteinu a že u myší například poškození prionového proteinu vede ke zvýšení vnímavosti k bolesti. Ostatně, na tom není zase tak nic překvapivého. Priony jsou v přírodě, kam se jen podíváš. Vyskytují se dokonce i u velmi primitivních organismů jako jsou kvasinky. Za zvrhávání se prionového proteinu v prion vděčíme i takovým procesům, jako je prokvášení vín na vysoký obsah alkoholu.

Zej obrovský (Aplysia depilans). Mutant měkkýše s poničeným genem proteinu CPEB zapomíná – jeden z důkazů, že dlouhodobá paměť se bez prionů neobejde. (D.L. Geiser, Sea Slug Forum)

Vraťme se ale od toho, co nám klíče schovává, k tomu, co nám s takovými věcmi, jako je malá násobilka, pomáhá. Dnes už víme, že prionový protein CPEB, který má toho s pamětí hodně společného, je evolučně vysoce konzervovanou molekulou. V mozkových neuronech ho má nejen mořský mlž, sladkovodní žába, ale i suchozemská myš, banánová muška i my - člověk.  

Zvětšit obrázek

Paměťové stopy jsou ukládány pomocí prionovým proteinům podobným molekulám. Vědci je nazvali CPEB. V mozku udržují synapse (spodní část obrazu).  Když CPEB priony inaktivujeme, synapse se hroutí a paměť slábne (viz stejný neuron v horní část obrázku). Kredit: Lab. David Sulzer, CUMC

Tým výzkumníků z laboratoře Erica Kandela na Columbia University Medical Center (CUMC), nyní přidal další cihličku do stavby prionové teorie dlouhodobé paměti.  Nejen, že podali důkaz, že mořský tvor a hlodavec mají prion CPEB, ale že u obou druhů na nich závisí jejich paměť - ta dlouhodobá.

Miliony let měly priony na starosti takové věci, jako si zapamatovat, kde v kterou roční dobu se dá sehnat něco na zub. S ledničkou a Google jim dáváme najevo, že se bez nich už slušně obejdeme. Možná i proto si našly novou náplň a místo vylepšování paměti nás jejich systém o rozum připravuje. Dělá z nás nesvépravné častěji, než je záhodno. Nedávno se priony v mozku hromadně šmodrchaly krávám i těm, co si z nich dali tatarák. I dnes platí, že stačí v nemocnici dostat krev od nemocného dárce a za čas si nevzpomeneme ani jak se jmenujeme. Své může vykonat i zavedení elektrody do mozku a styk nervové tkáně s kovem, nevhodná mutace,... a dopadneme stejně, jako lidojedi, pro něž konzumace zemřelých byla krajovou specialitou. Creutzfeldt-Jakobova choroba (obdoba nemoci kuru), stejně jako další degenerativní onemocnění mozku s chmurnou prionovou prognózou, potkají nejednoho z nás. Bylo by dobré, kdyby Kandelovi žáci v připravovaných pokusech se zapomětlivým plžem a učenlivými myškami našli způsob, jak starce zbavit demence a teenagery problémů s kvantem přístupových hesel.

Pramen: Columbia University Medical Center (CUMC) http://newsroom.cumc.columbia.edu/blog/2015/07/02/long-term-memories-and-prions/