Come facciamo a conservare ricordi vividi di eventi lontani nel tempo? Come descritto in un articolo pubblicato su Neuron, i ricercatori dell’Albert Einstein College of Medicine hanno trovato la spiegazione. “La capacità di apprendere nuove informazioni e di memorizzarle per lunghi periodi è una delle caratteristiche più notevoli del cervello“, ha dichiarato Robert H. Singer, coautore dell’articolo il quale definisce la scoperta che riguarda le basi molecolari per la creazione dei ricordi a lungo termine “sorprendente”. Singer è professore di biologia cellulare e del Dipartimento di Neuroscienze Dominick P. Purpura, presidente emerito di anatomia e biologia strutturale e direttore del Programma di Biologia dell’RNA all’Einstein. Alcuni aspetti delle basi cellulari della memoria erano già noti. Le memorie sono prodotte dai neuroni (cellule nervose) e immagazzinate in una regione del cervello chiamata ippocampo. Si formano quando la stimolazione neurale ripetuta rafforza le sinapsi, le connessioni tra le cellule nervose. Le proteine sono necessarie per stabilizzare le connessioni sinaptiche di lunga durata che, a loro volta, sono necessarie per i ricordi a lungo termine. I modelli tipici di queste proteine sono descrivibili come molecole di RNA messaggero (mRNA) che sono trascritte (copiate) da geni associati alla memoria. “Il paradosso è che ci vuole molto tempo, diverse ore, per formare un ricordo duraturo, eppure gli mRNA e le proteine associate alla creazione delle proteine scompaiono in meno di un’ora“, ha detto Sulagna Das, coautrice del lavoro e professoressa assistente di biologia cellulare all’Einstein. “Come è possibile?”
Lo studio
Per rispondere a questa domanda, il team di ricerca ha compiuto le sue osservazioni sui topo. I ricercatori hanno etichettato in modo fluorescente tutte le molecole di mRNA che pervengono da Arc, un gene di importanza critica per convertire le nostre attività e altre esperienze in ricordi a lungo termine. Hanno poi stimolato le sinapsi nei neuroni dell’ippocampo del topo – utilizzando tecniche di imaging ad alta risoluzione da loro sviluppate – hanno osservato i risultati nelle singole cellule nervose in tempo reale. Con grande stupore, hanno osservato che un singolo stimolo al neurone innescava numerosi cicli in cui il gene Arc ,che codifica la memoria, produceva molecole di mRNA che venivano poi tradotte in proteine Arc che rafforzavano le sinapsi. “Abbiamo visto che alcune delle molecole proteiche prodotte dallo stimolo sinaptico iniziale tornano all’Arc e lo riattivano, dando inizio a un altro ciclo di formazione dell’mRNA e di produzione delle proteine, seguito da molti altri“, ha detto il dottor Singer. “Per ogni ciclo, abbiamo visto accumularsi sempre più proteine per formare ‘hotspots’ nella sinapsi, dove i ricordi si cementano. Abbiamo scoperto un ciclo di feedback precedentemente sconosciuto che spiega come gli mRNA e le proteine a vita breve possano creare ricordi a lunga durata“, ha detto la dottoressa Das. Considerate cosa comporta memorizzare una poesia, ha suggerito il dott. Singer: “Per creare un ricordo duraturo è necessario leggere la poesia ripetutamente e ogni lettura può essere considerata come uno stimolo intermittente che aggiunge proteine per la costruzione della memoria alla sinapsi”. Das ha osservato che l’espressione difettosa del gene Arc è stata implicata in difficoltà di memoria negli esseri umani ed è collegata a disturbi neurologici, tra cui il disturbo dello spettro autistico e il morbo di Alzheimer. “Ciò che apprendiamo sulla risposta di Arc alla stimolazione delle cellule nervose può fornire indicazioni sulle cause di questi problemi di salute”, ha osservato la dottoressa.
