התעלומה הגדולה של הזיכרון היא כיצד הוא נשמר. החלבון העצבי הרגיל מחזיק מעמד למשך כמה שבועות בלבד. קליפת המוח נמצאת בתהליך מתמיד של תחייה מחדש. כיצד, אם כן, משתמרים הזיכרונות? הרי מבחינה מסוימת העבר שאנו זוכרים יכול להחזיק מעמד יותר מאשר מוחנו עצמו.

אולם זה לא הכל, התעלומה נעשית מסתורית אף יותר. הזיכרון הנוירוני אינו יכול להיות פשוט חזק: הוא חייב להיות גם מדויק. בעוד שלכל נוירון יש רק גרעין יחיד, יש לו גם מספר עצום של הסתעפויות דנדריטיות. "זרדים" אלה מתפשטים לכל כיוון, ומתחברים לנוירונים אחרים בסינפסות סבוכות (דמיינו שני עצים שענפיהם נוגעים זה בזה ביער עבות). צמתים זעירים אלה הם המקום שבו זיכרוננו נוצר: לא בגזע העץ הנוירוני, אלא בחופה המתפרשת שלו.

זאת אומרת שכל זיכרון - המיוצג כחיבור בין תאים שעבר שינוי - לא יכול פשוט להישמר. הוא חייב להישמר בדרך מדויקת ביותר, כך שדיאגרמת החיבורים תיוותר ללא שינוי, אפילו כשמוחנו נוצר מחדש והחלבונים הללו מתמחזרים ללא הרף.

פרדוקס זה של זיכרון ארוך-טווח הוביל מדעני מוח לחפש אחר מה שמכונה סמן סינפטי - חלבון שיסמן סינפסה מסוימת כזיכרון ארוך-טווח ויאפשר לסינפסה הזאת לשמר את הקישור המחוזק שלה למשך שנים. כתוצאה מכך, פרוסט היה מסוגל לזכור את עוגיית המדלן שלו ואני יכול להיזכר בעוגת הגלידה הטעימה של בסקין רובינס, שהוגשה ביום הולדתי השמיני.

מאמר חדש בכתב העת "Cell" מספק הצצה מרתקת לאופן שבו תהליך הסימון הזה מתרחש כנראה. על פי המחקר, שערך ד"ר קוסיק סי ממכון סטוורס שבקנזס סיטי, נראה כי אחד מהגורמים החיוניים בהסדרת הזיכרון ארוך-הטווח - מרכיב שמספק גם אורך חיים וגם דיוק - הוא חלבון שנקרא BEPC (cytoplasmic polyadenylation element-binding).

במאמר האחרון שלהם הראו סי ועמיתיו למחקר, כי לחלבון בעל שם משונה זה יש תכונה מיוחדת למדי: הוא יוצר אוליגומרים - אשכולות המעתיקים את עצמם (בעיקרו של דבר, החלבון יכול להעתיק ולהדביק את עצמו שוב ושוב, כמו הגרסה הביולוגית של הפקודה קונטרול-V במחשב). מעניין לגלות כי אוליגומרים אלה הם חסונים במיוחד, והוכיחו את עצמם כעמידים בפני כל החומרים הממיסים הרגילים במעבדה. בעוד שמרבית החלבונים מתפרקים בקלות, אשכולות משתכפלים אלה של CPEB יכולים לשרוד גם בסביבה הקשה ביותר. יותר מזה, נראה שהם יכולים גם לשמר את עצמם באופן פעיל, ולשמש תבניות ליצירת אוליגומרים חדשים בקרבתם. זה כאילו שהם מידבקים.

סי, שחקר בעבר CPEB בחלזונות ימיים (Aplysia) ובשמרים, התקדם עתה לזבובי פירות, ובחן את הגרסה של CPEB הידועה כ-Orb2. כמו מקבילו בחלזונות, גם Orb2 יוצר אוליגומרים בתוך נוירונים. יתרה מזאת, אחרי ששיבשו בצורה סלקטיבית את יכולתו של ה-Orb2 לשכפל את עצמו, הצליחו המדענים להראות כי תהליך ההעתקה הזה (ולא הריכוז של Orb2 בנוירונים) הוא המפתח להיווצרות זיכרון ארוך-טווח. אף שהזבובים שעברו מוטציה זו הצליחו לשמר זיכרון ל-24 שעות, הם לא יכלו לזכור שום דבר מעבר לפרק זמן זה; העבר הפסיק להתקיים.

מחקר זה נבנה על עשור של עבודה, שנעשתה ברובה על ידי סי והראתה את החשיבות של CPEB בשמירה על זיכרון לטווח ארוך. הטענה מעוררת המחלוקת ביותר של סי עוסקת בחוזק של החלבון, או בסיבה שבזכותה הוא יכול להמשיך להתקיים בעוד שכל חלבון אחד מתאפיין בתחלופה מהירה כל כך. ברמז הראשון לכך הוא נתקל כמעט במקרה, כשעסק בפיענוח רצף חומצות האמינו של החלבון. הנוסחאות של רוב החלבונים נראות כרשימה אקראית של אותיות, והמבנה שלהם הוא שילוב נדיב של חומצות אמינו שונות. CPEB, לעומת זאת, נראה משונה למדי. צד אחד של החלבון מורכב מסדרה חריגה של חזרות של חומצות אמינו, כאילו הד-נ-א סובל מהתקף גמגום: Q) QQQLQQQQQQBQLQQQQ מייצג את חומצת האמינו גלוטמין).

סי החל מיד לחפש מולקולות אחרות עם חזרות משונות דומות. תוך כדי חיפוש הוא נקלע לאחד התחומים השנויים ביותר במחלוקת בביולוגיה: הוא מצא משהו שנראה כמו פריון. פריונים נחשבו פעם לפתוגן נבזי שאחראי למשפחת המחלות הגרועה ביותר בכדור הארץ: מחלת הפרה המשוגעת, אינסומניה תורשתית קטלנית (המחלה שבה אתה לא מסוגל יותר להירדם ואחרי שלושה חודשים מת מחוסר שינה) ואוסף של מחלות ניווניות אחרות של המוח. פריונים עדיין אשמים בגרימת מקרי המוות הנוראיים הללו. אולם בשנים האחרונות התברר, כי חלבונים עם תכונות דמויות פריונים עשויים למלא תפקיד ביולוגי חשוב ברקמה בריאה.

ראשית, הגדרה: פריונים מוגדרים בצורה גסה כסוג החלבונים המסוגל להתקיים בשני מצבים תפקודיים נבדלים (לכל חלבון אחר יש רק מצב טבעי אחד). אחד ממצבים אלה הוא "פעיל", והאחר "לא פעיל". יתרה מזאת, פריונים יכולים לעבור בין המצבים (להדליק את עצמם) בלי שום הנחיה מלמעלה; הם יכולים לשנות את המבנה שלהם בלי שיעברו שום שינוי גנטי. ומרגע שהפריון נדלק, הוא יכול לשדר את המבנה החדש והמידבק שלו לתאים השכנים, בלי העברה של חומר גנטי.

במילים אחרות, הפריונים מפירים את הכללים הקדושים ביותר של הביולוגיה. הם אחת מאותן תזכורות מרגיזות המבהירות לנו כמה אנחנו לא יודעים (חשוב, לדעתי, לא להסתבך יותר מדי במינוח זה. CPEB עשוי לא להיות בדיוק פריון, אבל אין ספק שיש לו תכונות פריוניות). למעשה, חלבונים דמויי פריון מספקים אולי את המפתח להבין את הדרך המסתורית שבה נשמר הזיכרון לאורך זמן.

קחו CPEB, המרכיב הסינפטי שיכול לשכפל את עצמו, בצירוף עותקים נוספים שמשמשים סמן של חוזק סינפטי; כמו פריון, גרסה "פעילה" זו של CPEB היא למעשה בלתי ניתנת להשמדה. היא גם "מידבקת" - מסוגלת לגייס עותקים יחידים של החלבון להצטרף למסיבת חתוך-והדבק (cut-and-paste). לבסוף, נראה כי CPEB נשלט על ידי גירוי עצבי, כך שאימון של זבובי פירות בפרדיגמות לימוד פשוטות מעורר את תחילתו של תהליך אוליגומריזציה, או העתקה. החלבון נדלק - הסינפסה מסומנת כזיכרון.

מה שמדהים, כמובן, זה שאין צורך בכל פעולה אחרת. הודות לתכונות המשונות של CPEB, סבך זה יכול להתקיים לא פחות מאיתנו, כשהוא מתגבר על חומצות הזמן המנוונות. אולי אנחנו זוכרים משום שאת החלבון הזה אי אפשר לבטל.

גילוי נאות: עבדתי עם קוסיק סי במעבדת קנדל לפני כמה שנים. הוא נשאר חבר שלי מאז.*

תרגום: אסף רונאל; מתוך הבלוג Frontal Cortex