Studi mengungkap 'lem molekuler' yang mendorong pembentukan dan stabilisasi memori

Baik saat pertama kali mengunjungi kebun binatang atau saat kita belajar naik sepeda, kita punya kenangan masa kecil yang akan bertahan seumur hidup. Namun, apa yang membuat kenangan ini bertahan lama?

Sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal Science Advances oleh tim ilmuwan internasional telah mengungkap dasar biologis untuk ingatan jangka panjang. Penemuan utamanya adalah peran molekul KIBRA, yang bertindak sebagai "perekat" bagi molekul lain, sehingga memperkuat pembentukan ingatan.

"Upaya sebelumnya untuk memahami bagaimana molekul menyimpan memori jangka panjang difokuskan pada tindakan masing-masing molekul," jelas Andre Fenton, seorang profesor ilmu saraf di Universitas New York dan salah satu peneliti utama. "Studi kami menunjukkan bagaimana molekul-molekul ini berinteraksi satu sama lain untuk memastikan bahwa memori tersimpan secara permanen."

"Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana kita menyimpan ingatan akan membantu menginformasikan upaya masa depan untuk mempelajari dan mengobati gangguan terkait ingatan," tambah Todd Sacktor, seorang profesor di SUNY Downstate Health Sciences dan salah satu peneliti utama.

Telah lama diketahui bahwa neuron menyimpan informasi dalam pola sinapsis yang kuat dan lemah, yang menentukan konektivitas dan fungsi jaringan saraf. Akan tetapi, molekul-molekul dalam sinapsis tidak stabil, terus bergerak di dalam neuron, rusak, dan diganti dalam hitungan jam atau hari, yang menimbulkan pertanyaan: bagaimana ingatan dapat stabil selama bertahun-tahun atau puluhan tahun?

Dalam model tikus, para peneliti berfokus pada peran KIBRA, protein yang diekspresikan di ginjal dan otak yang varian genetiknya dikaitkan dengan memori baik dan buruk. Mereka mempelajari bagaimana KIBRA berinteraksi dengan molekul lain yang penting untuk pembentukan memori, dalam hal ini protein kinase Mzeta (PKMzeta). Enzim ini merupakan molekul kunci untuk memperkuat sinapsis normal pada mamalia, tetapi rusak setelah beberapa hari.

Percobaan telah menunjukkan bahwa KIBRA adalah "mata rantai yang hilang" dalam ingatan jangka panjang, bertindak sebagai "penanda sinaptik permanen" atau lem yang menempel pada sinapsis yang kuat dan PKMzeta sambil menghindari sinapsis yang lemah.

"Ketika memori terbentuk, sinapsis yang terlibat dalam proses tersebut diaktifkan, dan KIBRA ditempatkan secara selektif pada sinapsis tersebut," jelas Sacktor, seorang profesor fisiologi, farmakologi, anestesiologi, dan ilmu saraf di SUNY Downstate. "PKMzeta kemudian menempel pada tag sinaptik KIBRA dan menjaga sinapsis tersebut tetap kuat. Hal ini memungkinkan sinapsis menempel pada KIBRA yang baru terbentuk, menarik lebih banyak PKMzeta yang baru terbentuk."

Lebih khusus lagi, percobaan mereka, yang dijelaskan dalam sebuah makalah di Science Advances, menunjukkan bahwa memutus koneksi KIBRA-PKMzeta menghapus memori lama.

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa peningkatan acak PKMzeta di otak memperbaiki ingatan yang lemah atau memudar, yang membingungkan karena ia akan bekerja di lokasi acak. Penandaan sinaptik persisten oleh KIBRA menjelaskan mengapa PKMzeta tambahan memperbaiki ingatan dengan hanya bekerja di lokasi yang ditandai oleh KIBRA.

"Mekanisme penandaan sinaptik persisten menjelaskan untuk pertama kalinya temuan ini, yang memiliki implikasi klinis untuk gangguan memori neurologis dan psikiatris," kata Fenton, yang juga berada di Institut Ilmu Saraf, NYU Langone Medical Center.

Penulis makalah tersebut mencatat bahwa penelitian tersebut mengonfirmasi sebuah konsep yang diperkenalkan pada tahun 1984 oleh Francis Crick. Sacktor dan Fenton menunjukkan bahwa hipotesisnya untuk menjelaskan peran otak dalam menyimpan memori meskipun terjadi perubahan seluler dan molekuler yang konstan adalah mekanisme "Kapal Theseus" - sebuah argumen filosofis dari mitologi Yunani di mana papan-papan baru menggantikan yang lama untuk menopang "Kapal Theseus" selama bertahun-tahun.

"Mekanisme penandaan sinaptik persisten ini serupa dengan bagaimana papan baru menggantikan papan lama untuk memelihara Kapal Theseus lintas generasi, dan memungkinkan memori bertahan selama bertahun-tahun bahkan ketika protein yang mendukung memori tersebut diganti," kata Sacktor.

"Francis Crick secara intuitif meramalkan mekanisme Kapal Theseus ini, bahkan meramalkan peran protein kinase. Namun, butuh waktu 40 tahun untuk menemukan bahwa komponen tersebut adalah KIBRA dan PKMzeta, serta untuk mengetahui mekanisme interaksi keduanya."