Brein houdt geheugen achter de hand in cellulaire zakjes

Hersencellen die het geheugen onderhouden bevatten opslagruimten voor eiwitten die essentieel zijn voor het vastleggen van ervaringen en herinneringen. De opslagruimten zijn door een membraan omgeven blaasjes (endosomen). De aanwezigheid van die endosomen met geheugeneiwitten maakt zenuwcellen extra gevoelig voor heftige of al vaak ondervonden eerdere prikkels. Dat het geheugen berust op veranderingen in hersencellen ligt voor de hand, maar nu hebben onderzoekers van de Amerikaanse universiteiten Brown en Duke één van de mechanismen voor geheugenvorming ontdekt (Science, 24 sept).Als kinderen leren fietsen krijgt hun zenuwstelsel allerlei nieuwe prikkels te verwerken. Eerst is fietsen een kwestie van vallen en opstaan, maar na verloop van tijd – en voor de rest van hun leven – pakken kinderen de fiest en rijden weg alsof het vanzelfsprekend is. De vaardigheid fietsen is dan verankerd in hun centrale zenuwstelsel.

Leren en onthouden heten in de neurobiologie Long Term Potentiation (LTP). Het centrale zenuwstelsel stelt zich daarbij in op steeds terugkerende prikkels en zorgt ervoor dat daarop de aangeleerde of onthouden reactie volgt. De gangbare verklaring voor het ontstaan van die vaste patronen is dat veelgebruikte verbindingen (synapsen) tussen hersenencellen makkelijker te activeren zijn, maar hoe dit gebeurt is nog betrekkelijk onduidelijk.

De meeste zenuwcellen hebben een lange uitloper met een of meer synapsen aan het uiteinde waarmee ze contact met andere cellen onderhouden. Een impuls naar een andere cel wordt doorgegeven door in de synaps een portie neurotransmitters uit te scheiden.

Deze chemische boodschap komt echter alleen aan als de ontvangende cel eiwitten (receptoren) in de membraan heeft waar de neurotransmitters aan binden. Al jaren is bekend dat op de membraan van lange termijn gepotentieerde cellen een receptor ligt (NMDA) die er na contact met de neurotransmitter glutamaat voor zorgt dat de ontvangende cel in actie komt. Eén van die acties is het bliksemsnel mobiliseren van andere receptoren, in het bijzonder een die AMPA heet. De inzet van extra receptoren verhoogt de gevoeligheid van de synaps. De bijspringende AMPA-moleculen verschijnen zo snel en zo massaal dat men zich afvroeg waar die allemaal opeens vandaan kwamen. De onderzoekers hebben nu aangetoond dat de cellen die de impulsen ontvangen ter hoogte van de synapsen submicroscopisch kleine zakjes (endosomen) bevatten waarin AMPA is opgeslagen. Zodra dat nodig is, worden de zakjes geleegd en wordt AMPA door gespecialiseerde transporteiwitten naar de membraan gevoerd. De meest verrassende ontdekking was echter dat gebruikte AMPA-moleculen door dezelfde endosomen ook weer worden opgehaald. Blijkbaar beschikken deze zenuwcellen over een mechanisme om zeer economisch met hun AMPA-eiwitten om te gaan. Ze zijn permanent beschikbaar, maar alleen als ze nodig zijn. Of dat zo is bepaalt de `uitkijkpost' NMDA. In een vervolgonderzoek wordt nagegaan of dit mechanisme ook voor andere stoffen opgaat waarvan bekend is dat zij een rol spelen bij de vorming van het geheugen en leerprocessen.