Bellek, beynin farklı bölgelerinin birlikte çalışmasını gerektiren oldukça kompleks bir süreçtir. Peki bu süreç moleküler düzeyde nasıl işler? Beyinde çeşitli proteinlerin oldukça dinamik bir biçimde sentez ve yıkımları olduğunu biliyoruz ve bu proteinler ömür boyu aynı şekilde kalmıyor. Öyleyse, anılarımız nasıl ömür boyu bizimle olabiliyor?
Arc proteini
Utah Üniversitesi, Kopenhag Üniversitesi ve İngiltere’deki Moleküler Biyoloji MRC Laboratuvarından araştırmacılar “Arc” adı verilen bir protein hakkında ilginç bir bulgu paylaştılar. Aktarılanlara göre bu Arc proteini, insanlarda uzun süreli bellek oluşumu için oldukça gerekli ve bir virüsün konakçıya bulaşmasına çok benzer özelliklere sahip.
Araştırmacılar, “Arc, memeli beyninde uzun süreli veri depolama için çok önemli, çeşitli sinaptik plastisite formlarına aracılık ediyor ve nörogelişimsel bozukluklarda rol oynuyor. Fakat bu proteinin moleküler fonksiyonları ve evrimsel orijini hakkında bilgimiz sınırlı.” diyor.
Araştırmanın sonucu olarak, bilim insanları artık yüz milyonlarca yıl süren evrim sürecinin, Arc proteinin memeli beyninde bellek fonksiyonunda merkezî bir rol kazandığını düşünmekteler. Sinirbilimci Jason Shepherd, bu araştırma projesine öncülük etti. Shepherd, yaklaşık 15 yıldır bu protein üzerine çalışmalarıyla tanınmaktadır.
Shepherd çalışmayı, “Arc proteininin moleküler fonksiyonu ve evrimsel geçmişi hakkında pek bir şey bilmiyorduk. Dürüst olmak gerekirse, bu proteine olan ilgimi neredeyse kaybetmek üzereydim. Kapsidleri gördükten sonra ilginç bir şey bulduğumuzu düşündük.” sözleriyle anlatıyor.
Shepherd ve ekibi, elektron mikroskobu kullanarak proteini daha yakından inceledi. Yapılan çalışma sonucunda Arc’ın işleyişini, HIV retrovirüsünün çalışma prensibine oldukça benzer olduğu keşfedildi. Araştırmacılar, esasında bir proteinin bir virüs gibi davranıp nöronların iletişim kurduğu düzlem olarak görev yapabileceği fikrini oldukça ilginç bulmuşlardı. Bilinenlere göre Arc proteini, anıların somutlaşmasına görev alan bir pencereyi “açma” gibi davranıyor. Arc olmadan bu pencere “açılamıyor”.
Önceki bir çalışmada da Arc’ın uzun süreli bellekte görevi olabileceğine dair veriler paylaşılmıştı. Yine bir çalışmada, Arc proteini olmayan fareler, tipik olarak 24 saatten önce olan biteni hatırlayamıyordu. Ancak bugüne dek hiçbir araştırma grubundan, bir virüs gibi yabancı varlıkları taklit eden bir mekanizma önermemişti.
Arc proteininin evrimsel seyri
Shepherd ve ekibi, 350-400 milyon yıl kadar önce retrovirüslerin atası olan retrotranspozonun kara kökenli ve dört ekstremiteli omurgalı canlılara genetik materyalini enjekte ettiğini düşünüyorlar. Bu durumun, Arc proteininin gelişimine yol açmış olup bugünkü nörokimyamıza ulaştığını ifade ediyorlar. Yakın zamanda yayımlanan bir başka çalışmaya göre aynı süreç meyve sineklerinde de, bağımsız olarak, yaklaşık 150 milyon yıl önce gerçekleşmiş olabilir.
Shepherd ve ekibi, Arc’ın bir virüs kapsidi gibi davrandığını buldular. Kapsidler, virüsün genetik bilgilerini taşıyan dış kabuktur. Bir virüs genetik materyalini bir hücreden diğerine aktarmak için kapsidi kullanır, bu da enfeksiyonlara neden olur. Arc bunu taklit eder, RNA’yı sarıp bir nörondan diğerine taşır.
Çalışmanın bir başka katılımcısı Elissa Pastuzyn, “Arc’ın birçok yönden özel olduğunu bilerek bu araştırma sahasına girdik; fakat Arc’ın nörondan nörona bilgi taşıma mekanizmasını ayırt edince çok şaşırdık. Bildiğimiz hiçbir viral olmayan protein, bu şekilde davranmaz.” diye konuştu.
Çalışma, ayrıca evrim sürecine bakış açımızı da etkiliyor. Çalışmada, rastgele mutasyonlar yerine organizmaların gelişmek üzere Arc gibi daha farklı yollara da başvurabileceği belirtiliyor. Arc’ın bir virüs gibi çalışıp çalışmadığını test etmek için Shepherd ve ekibi bir deney düzeneği hazırladılar.
Deney sonucunda Arc’ın içinde mRNA taşınan kapsidlerde kendisinin birkaç kopyasını replike ettiğini gösterildi. Ardından bu kapsidler alınıp fare nöronları içerek petri kaplarına yerleştirildi ve Arc aracılığıyla mRNA’nın nörondan nörona aktarımı ortaya çıkarıldı. Bir nöronun aktive edilmesiyle daha fazla kapsid salınmasına neden olan Arc’ın tetiklendiği ve bir çeşit domino etkisinin oluştuğu gözlendi.
Matematiksel için Hazırlayan: Necdet Ersöz
Referans
Perry, P. (2018, Ocak 21). Our memory comes from an ancient virus, neuroscientists say. tarih Ocak 26, 2018, http://bigthink.com/philip-perry/our-memory-comes-from-an-ancient-virus-neuroscientists-say
Matematiksel