חוקרים מדמים מבני חלבון מאחורי הלמידה והזיכרון

חקר המנגנונים המיקרוסקופיים של הזיכרון והלמידה

היכולת המופלאה של המוח שלנו ליצור זיכרונות ולאחסן ידע מהווה נושא מרתק עבור מדענים, עם זאת, מרבית המנגנונים המיקרוסקופיים מאחורי תהליכי הזיכרון והלמידה עדיין לא מובנים דיים. מחקרים עדכניים מורים על חשיבות תגובות ביוכימיות המתרחשות בצפיפות פוסט-סינפטיות, שם נוירונים מתחברים ומתקשרים. אזורים זעירים אלה בין תאי מוח נחשבים לאתרים מכריעים שבהם חלבונים צריכים להתארגן בדרכים ספציפיות על מנת להקל על הלמידה ויצירת הזיכרון.

הממצאים החדשים על מבני חלבון

מחקר שנערך בשנת 2021 גילה כי חלבונים הקשורים לזיכרון יכולים להיקשר זה לזה ליצירת מבנים דמויי טיפה בצפיפות הפוסט-סינפטית. מבנים אלו, הידועים בשם "טיפות-פנים-טיפות", עשויים לשמש כבסיס להבנת הדרך שבה המוח יוצר זיכרונות מתמשכים. עם זאת, נשארו שאלות רבות פתוחות לגבי כיצד ומדוע חלבון מסוג זה מצליח לארגן את עצמו.

במסגרת חקר זה, צוות מחקר בראשות החוקרת ויקאס פנדי מהמרכז הבינלאומי למדעי המוח (ICBS) באוניברסיטת פוג'יטה ביפן, פיתח מודל חישובי חדשני המתחבר לאותם מבנים מורכבים.

המודל החישובי והמאפיינים של CAMKII

הממצאים מתפרסמים בעיתון "דוחות תאים" (Cell Reports) ב- 7 באפריל 2025. צוות המחקר בדק ארבעה חלבונים שונים שנמצאו בסינפסות, והתרכז במיוחד בחלבון Ca²⁺/Calmodulin Protein kinase II (CAMKII). החלבון הזה נחשב לשפע מאוד בצפיפות פוסט-סינפטית.

באמצעות טכניקות דוגמנות חישוביות, החוקרים הדגימו כיצד חלבונים אלו מתקשרים ומסדרים את עצמם בתנאים שונים. המודל הצליח לשחזר את היווצרות המבנים "טיפות-פנים-טיפות" שנצפו בניסויים קודמים.

נטען כי המבנים הייחודיים הללו מופיעים בעקבות כריכה תחרותית בין החלבונים, ומושפעים משמעותית מצורת CAMKII. החוקרים מצאו שהצורה של CAMKII נושאת ערכיות גבוהה ואורך קישור קצר, והמאפיינים האלו משפיעים על מתח פני השטח והתפשטות החלבון.

השפעות על הבנת הזיכרון והמצבים הנוירולוגיים

התוצאות של מחקר זה משקפות יחסי מבנה-תפקוד חדש עבור CAMKII כיחידת זיכרון בסינפסה. ממצאים אלו יכולים להנחות אותנו להבנה טובה יותר של המנגנונים האפשריים להיווצרות זיכרון אצל בני אדם.

יתרה מכך, פגמים בהיווצרות סינפסה נקשרו למספר מצבים נוירולוגיים ונפשיים כמו סכיזופרניה ותסמונות אחרות. החוקרים מאמינים שהמודל החישובי שפותח ישמש פלטפורמה חשובה לחקירת מצבים אלה, מה שעלול להוביל לכלים אבחוניים חדשים ולגישות טיפוליות.

בקרוב, המדענים צפויים להמשיך לחקור את התעלומות שמאחורי ההיווצרות המולקולרית של זיכרונות, דבר שיכול לסייע בהבנה עמוקה יותר של אחד מהתפקידים המורכבים ביותר של המוח