Wissenschaftler haben ein künstliches Protein entwickelt, das das Gedächtnis verbessert

Forscher der Fakultät für Medizin und Chirurgie der Katholischen Universität Rom und der Fondazione Policlinico Universitario A. Gemelli IRCCS haben ein manipuliertes Protein entwickelt, das das Gedächtnis stärkt.

Neurowissenschaftler der Fakultät für Medizin und Chirurgie der Katholischen Universität Rom und der Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS haben ein Molekül, das Protein LIMK1, das normalerweise im Gehirn aktiv ist und eine Schlüsselrolle im Gedächtnis spielt, genetisch verändert.

Sie fügten einen „molekularen Schalter“ hinzu, der durch die Verabreichung eines Medikaments, Rapamycin, aktiviert wird, das für seine verschiedenen Anti-Aging-Wirkungen auf das Gehirn bekannt ist.

Verbundstudie mit erheblichen Implikationen

Zu diesem Ergebnis kommt eine im Fachmagazin veröffentlichte Studie Wissenschaftliche Fortschritte, an der die Katholische Universität Rom und die Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS beteiligt sind. Die Studie wurde von Claudio Grassi, ordentlicher Professor für Physiologie und Direktor der Abteilung für Neurowissenschaften, koordiniert.

Die Forschung wurde vom italienischen Ministerium für Bildung, Universität und Forschung und dem amerikanischen Ministerium für Bildung, Universität und Forschung unterstützt Alzheimer Die Association Foundation und das italienische Gesundheitsministerium haben große potenzielle Anwendungsmöglichkeiten, indem sie unser Verständnis der Gedächtnisfunktion verbessern und die Identifizierung innovativer Lösungen für neuropsychiatrische Erkrankungen wie Demenz erleichtern.

Die Rolle von LIMK1 in Gedächtnisprozessen

Das LIMK1-Protein spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung struktureller Veränderungen in Neuronen, insbesondere der Bildung dendritischer Stacheln, die die Informationsübertragung in neuronalen Netzwerken verbessern und für Lern- und Gedächtnisprozesse von entscheidender Bedeutung sind.

Prof. Claudio Grassi, leitender Autor der Studie, erklärt: „Gedächtnis ist ein komplexer Prozess, der Veränderungen in Synapsen, den Verbindungen zwischen Neuronen, in bestimmten Gehirnbereichen wie dem Hippocampus, einer neuronalen Struktur, die eine entscheidende Rolle spielt, beinhaltet.“ bei der Gedächtnisbildung.

„Bei diesem als synaptische Plastizität bekannten Phänomen handelt es sich um Veränderungen in der Struktur und Funktion von Synapsen, die auftreten, wenn ein neuronaler Schaltkreis beispielsweise durch Sinneserfahrungen aktiviert wird. „Diese Erfahrungen fördern die Aktivierung komplexer Signalwege, an denen zahlreiche Proteine ​​beteiligt sind“, fügt Prof. Grassi hinzu.

„Einige dieser Proteine ​​sind besonders wichtig für das Gedächtnis. Tatsächlich sind eine verminderte Expression oder Modifikationen dieser Proteine ​​mit Veränderungen der kognitiven Funktionen verbunden. Eines dieser Proteine ​​ist LIMK1. Das Ziel unserer Studie war es, die Aktivität dieses Proteins zu regulieren, da es eine Schlüsselrolle bei der Reifung dendritischer Stacheln zwischen Neuronen spielt. „Die medikamentöse Kontrolle von LIMK1 bedeutet, die synaptische Plastizität und damit die davon abhängigen physiologischen Prozesse fördern zu können“, betont Prof. Grassi.

Chemogenetische Strategie: Ein neuer Ansatz zur Gedächtnisverbesserung

Cristian Ripoli, außerordentlicher Professor für Physiologie an der Katholischen Universität und Erstautor der Studie, fügt hinzu: „Der Schlüssel zu dieser innovativen ‚chemogenetischen‘ Strategie, die Genetik und Chemie kombiniert, liegt genau in der Verwendung von Rapamycin“, einem Immunsuppressivum Medikament, von dem bekannt ist, dass es die Lebenserwartung erhöht und in präklinischen Modellen positive Auswirkungen auf das Gehirn hat.“

„Wir haben daher die Sequenz des LIMK1-Proteins verändert, indem wir einen molekularen Schalter eingefügt haben, der es uns ermöglichte, es auf Befehl durch die Gabe von Rapamycin zu aktivieren“, betont Prof. Ripoli.

„Bei Tieren mit altersbedingtem kognitivem Rückgang führte die Verwendung dieser Gentherapie zur Modifikation des LIMK1-Proteins und seiner Aktivierung mit dem Medikament zu einer deutlichen Verbesserung des Gedächtnisses. Dieser Ansatz ermöglicht es uns, synaptische Plastizitätsprozesse und das Gedächtnis unter physiologischen und pathologischen Bedingungen zu manipulieren. Darüber hinaus ebnet es den Weg für die Entwicklung weiterer „technisch hergestellter“ Proteine, die die Forschung und Therapie im Bereich der Neurologie revolutionieren könnten“, betont der Experte.

„Der nächste Schritt wird darin bestehen, die Wirksamkeit dieser Behandlung in experimentellen Modellen neurodegenerativer Erkrankungen mit Gedächtnisdefiziten wie der Alzheimer-Krankheit zu überprüfen. Weitere Studien werden auch notwendig sein, um den Einsatz dieser Technologie am Menschen zu validieren“, schließt Prof. Grassi.

Referenz: „Engineering Memory with an Extrinsically Disordered Kinase“ von Cristian Ripoli, Onur Dagliyan, Pietro Renna, Francesco Pastore, Fabiola Paciello, Raimondo Sollazzo, Marco Rinaudo, Martina Battistoni, Sara Martini, Antonella Tramutola, Andrea Sattin, Eugenio Barone, Takeo Saneyoshi , Tommaso Fellin, Yasunori Hayashi und Claudio Grassi, 15. November 2023, Wissenschaftliche Fortschritte.
DOI: 10.1126/sciadv.adh1110