Μηχανισμοί της ανθεκτικής στην αναισθησία μνήμης

Abstract

The ever-growing number of people with cognitive disorders highlights the need to research the physiological processes of cognitive functions such as learning and memory. Even simpler organisms than humans and mammals have the ability to make associations in order to avoid danger and be able to find anything of value, such as food. Among these, Drosophila melanogaster is the only model-organism associated with a memory type called Anesthesia Resistant Memory (ARM). Even though ARM is only defined in Drosophila it seems unlikely that there are no traces of it in other organisms. Investigation of the mechanisms that govern ARM will aid unmasking these traces of ARM in other organisms. The term ARM includes memory derived by either of two training protocols in accordance with the aversive classical olfactory conditioning assay. One protocol involves exposure of flies in low temperature after training, while the other protocol relies on extensive training without any temperature shifts. However, the present study shows that the different protocols lead to formation of distinct memory types, and focuses on ARM formed by the extensive, massed conditioning protocol. In many cases, ARM is studied along with Long Term Memory (LTM), the longest-lasting memory form in Drosophila. LTM formation requires spaced conditioning instead of massed, while LTM consolidation, contrary to that of ARM, depends on novel protein synthesis. Although LTM lasts longer than ARM both memory types may be observed the first twenty-four hours after training. Studies on the relationship between these two memories show that consolidated ARM disrupts LTM formation. However, the molecular mechanisms that govern this feature as well as any other function towards ARM regulation remain unknown. The current study of the signalling pathways that regulate ARM focuses on probable protein interactions of DRK, a protein necessary in the Mushroom Bodies (MBs), the centre of learning and memory in Drosophila, for normal ARM. Results dissociate RADISH, a protein known to play a role in ARM, from the DRK-mediated signalling pathway that participates in ARM. On the other hand, there is evidence that indicates involvement of novel genes, namely gprs and zip, in the mechanisms that regulate ARM. Moreover, certain clues suggest that the protein products of these genes are involved in a signalling pathway along with DRK.Overall, the findings of the present study offer informative evidence regarding the nature, mechanisms, and regulation of ARM. Furthermore, this study constitutes a systematic approach towards understanding the rules that govern ARM in Drosophila. Present results along with data from studies in other organisms, including humans, contribute in functional clarification of ARM as well as its identification in other organisms.

Το υψηλό ποσοστό των ατόμων με γνωστικές δυσλειτουργίες εντείνει την ανάγκη της έρευνας των φυσιολογικών διεργασιών που διέπουν λειτουργίες όπως η μάθηση και η μνήμη. Ακόμα και πιο απλοί οργανισμοί από τον άνθρωπο και τα θηλαστικά εμφανίζουν την ικανότητα ανάπτυξης συσχετίσεων ώστε να αποφεύγουν οτιδήποτε επιβλαβές μπορεί να βρίσκεται στο περιβάλλον τους και να εντοπίζουν οτιδήποτε ωφέλιμο, όπως τροφή. Ανάμεσα σε αυτούς τους οργανισμούς βρίσκεται και η Drosophila melanogaster. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της Drosophila είναι ότι πρόκειται για τον μοναδικό οργανισμό-μοντέλο στον οποίο έχει ταυτοποιηθεί ένα είδος μνήμης που ονομάζεται Ανθεκτική στην Αναισθησία Μνήμη (ΑΑΜ). Παρόλα αυτά φαίνεται απίθανο ένα είδος μνήμης που απαντάται στη μύγα να μην υπάρχει και σε άλλους οργανισμούς. Κρίθηκε λοιπόν σκόπιμη η διερεύνηση των μηχανισμών που διέπουν την ΑΑΜ προς την εύρεση αντίστοιχων λειτουργιών σε ανώτερους οργανισμούς. Η έννοια της ΑΑΜ περιγράφει ένα είδος μνήμης που μπορεί να προέρχεται από δύο διαφορετικά πρωτόκολλα κλασικής εκπαίδευσης εξαρτημένης μάθησης αποφυγής ενός οσφρητικού ερεθίσματος. Το ένα πρωτόκολλο περιλαμβάνει την μετέπειτα της εκπαίδευσης έκθεση των μυγών σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία, ενώ το άλλο χαρακτηρίζεται από εντατική εκπαίδευση δίχως μεταβολή της θερμοκρασίας. Η παρούσα εργασία αποκαλύπτει δεδομένα που οδηγούν στη διάκριση δύο ειδών μνήμης που προκύπτουν από τα διαφορετικά αυτά πρωτόκολλα αλλά περιγράφονται από την ίδια ορολογία, και εστιάζει στην ΑΑΜ που δημιουργείται από ένα πρωτόκολλο εντατικής εκπαίδευσης συνεχόμενων κύκλων. Η ΑΑΜ μελετάται πολλές φορές σε αντιδιαστολή με την Εξαρτώμενη της Πρωτεϊνοσύνθεσης Μνήμη (ΕΠΜ), η οποία αποτελεί το πιο μακροπρόθεσμο είδος μνήμης στη μύγα και προϋποθέτει η εκπαίδευση να περιλαμβάνει πολλαπλούς, αλλά μη συνεχόμενους κύκλους. Η διακοπτόμενη αυτή εκπαίδευση, σε αντίθεση με την εκπαίδευση για τη δημιουργία της ΑΑΜ, επιστρατεύει μηχανισμούς που στηρίζονται στην πρωτεϊνοσύνθεση. Αν και η ΕΠΜ είναι η μακροβιότερη μνήμη, αλληλεπικαλύπτεται με την ΑΑΜ εντός του πρώτου εικοσιτετράωρου μετά την εκπαίδευση. Εξετάζοντας τη σχέση μεταξύ των δύο ειδών μνήμης, προέκυψε το συμπέρασμα πως η πλέον παγιωμένη εικοσιτετράωρη ΑΑΜ παρεμποδίζει τον σχηματισμό της ΕΠΜ. Οι μοριακοί μηχανισμοί όμως που είναι υπεύθυνοι για αυτή την ιδιότητα όπως και όλες τις άλλες διεργασίες που διέπουν την ΑΑΜ παραμένουν αδιευκρίνιστοι.Για τη μελέτη των σηματοδοτικών μονοπατιών που ρυθμίζουν την ΑΑΜ, η παρούσα μελέτη επικεντρώθηκε στη διερεύνηση των πιθανών αλληλεπιδράσεων της πρωτεΐνης DRK, της οποίας η έκφραση είναι απαραίτητη στα Μισχοειδή Σωμάτια, το κέντρο της μάθησης και της μνήμης της Drosophila, για τη φυσιολογική ρύθμιση της ΑΑΜ. Διαπιστώθηκε ότι η πρωτεΐνη RADISH, η οποία σχετίζεται με την ΑΑΜ, δε συμμετέχει από κοινού με τη DRK στη μοριακή σηματοδότηση της ΑΑΜ. Εντοπίστηκαν όμως νέα γονίδια, όπως το gprs και το zipper, τα οποία ενέχονται στη ρύθμιση της ΑΑΜ και αρκετά στοιχεία υποδεικνύουν την πιθανή συμμετοχή τους στο DRK-εξαρτώμενο σηματοδοτικό μονοπάτι ρύθμισης της ΑΑΜ. Συνολικά, τα ευρήματα αυτής της μελέτης αναδεικνύουν σημαντικές πληροφορίες για τη φύση, τους μηχανισμούς και τη ρύθμιση της ΑΑΜ. Επιπλέον, η μελέτη αποτελεί μια, ίσως την μοναδική, συστηματική προσέγγιση με στόχο την κατανόηση των κανόνων που διέπουν την ΑΑΜ στη Drosophila. Τα αποτελέσματα σε συνδυασμό με κυρίως πρωτόλεια αποτελέσματα από άλλα πειραματικά μοντέλα και τον άνθρωπο συνεισφέρουν αδιαμφισβήτητα στην ταυτοποίηση της ΑΑΜ και σε άλλους οργανισμούς και την λειτουργική της διαλεύκανση.