20 maj 2025

Forskare har upptäckt hur en jonkanal i hjärnans nervceller har ett slags ”molekylärt minne”, som bidrar till att livslånga minnen kan skapas och bevaras. Forskarna har identifierat en specifik del av jonkanalen som nya läkemedel mot vissa genetiska sjukdomar skulle kunna riktas mot.

Två forskare i ett labb diskuterar en graf på en datorskärm.

Forskare vid Linköpings universitet har upptäckt en mekanism för hur en jonkanal, som är vanlig i hjärnan, kan "minnas" under ett par sekunder.Fotograf: Charlotte Perhammar

En av hjärnans superkrafter är förmågan att lära från tidigare erfarenheter och skapa minnen. Grunden för dessa livsnödvändiga processer är att kopplingar mellan nervceller i hjärnan omformas. Nervkopplingarna, som kallas synapser, förstärks eller försvagas under hela livet på ett sätt som gör att hjärnan på sätt och vis ständigt formas om på cellnivå. Detta fenomen kallas synaptisk plasticitet.

Det finns flera processer som bidrar till synaptisk plasticitet i nervsystemet. En av processerna har att göra med en typ av molekyler som heter kalciumjonkanaler, som länge har intresserat forskarna vid Linköpings universitet, LiU.

– Jag vill avslöja de här jonkanalenas hemliga liv. Kalciumjonkanaler har väldigt viktiga funktioner i kroppen – genom att öppna och stänga sig reglerar de bland annat signalering mellan nervceller. Men dessutom har dessa molekyler också ett slags eget minne och kan minnas tidigare nervsignalering, säger Antonios Pantazis, universitetslektor vid Institutionen för biomedicinska och kliniska vetenskaper vid LiU, som har lett studien som har publicerats i tidskriften Nature Communications.

Hur minns en molekyl?

I den aktuella studien har de studerat en specifik typ av jonkanal, CaV2.1-kanalen, som är den vanligaste kalciumjonkanalen i hjärnan. Jonkanalen finns vid synapsen längst ut i änden på nervcellen. När det kommer en elektrisk signal genom nervcellen öppnas jonkanalen, vilket sätter i gång en process som leder till att en signalsubstans släpps ut den mottagande nervcellen i synapsen. CaV2.1-jonkanalerna fungerar på så sätt som portvakter för cell-till-cell-kommunikationen mellan nervcellerna.

När den elektriska aktiviteten i nervcellen pågår länge minskar antalet jonkanaler som kan öppnas. Effekten blir att mindre signalsubstans utsöndras och signalen till den mottagande nervcellen blir svagare. Det är som om jonkanalerna kan ”minnas” tidigare signalering och svarar med att inte kunna öppnas. Fram tills nu har forskare inte vetat hur detta sker på molekylär nivå.

Närbild på ett starkt lysande mikroskop och en hand som håller en pincett.

Forskarna mäter hur jonkanaler reagerar på elektriska signaler. Jonkanalerna uttrycks i äggceller från en typ av groda.Fotograf: Charlotte Perhammar

Nu har Linköpingsforskarna upptäckt en mekanism för hur jonkanalen kan ”minnas”. Kanalen är en stor molekyl som är uppbyggd av flera ihopkopplade delar, som kan röra sig i förhållande till varandra som svar på elektriska signaler. De upptäckte att jonkanalen kan anta nästan 200 olika former beroende på hur stark och hur långvarig signalen är.

– Vi tror att vid ihållande elektrisk nervsignalering kopplar en viktig del av molekylen bort sig från kanalöppningen, på liknande sätt som kopplingspedalen i en bil bryter kopplingen mellan motorn och hjulen. Då kan jonkanalen inte längre öppnas. När hundratals signaler kommer under tillräckligt lång tid, kan de försätta de flesta jonkanalerna i detta ”frånkopplade minnestillstånd” i flera sekunder, säger Antonios Pantazis.

Att ihållande nervsignalering kan leda till att överföringen av signalen försvagas kan verka motsägelsefullt. Forskarna vet inte varför det är så, men en tänkbar förklaring är att det är ett sätt att skydda nervsystemet om en nervcell signalerar alltför intensivt.

Måltavla för läkemedel

Men om jonkanalen bara kan ”minnas” under ett par sekunder, hur kan det bidra till livslångt lärande? Jo, denna typ av kollektiva minne i jonkanalerna kan ackumuleras över tid och minska kommunikationen mellan två nervceller. Det leder till förändringar i den mottagande nervcellen, som varar i timmar eller dagar. På sikt ger det långvariga förändringar i hjärnan, som att försvagade synapser försvinner.

Porträtt av leende man som sitter i en trappa.
Antonios Pantazis, universitetslektor.Fotograf: Charlotte Perhammar

– På så sätt kan ett ”minne” som varar under några sekunder i en enskild molekyl ge ett litet bidrag till en persons minne som varar under en livstid, säger Antonios Pantazis.

Ökad kunskap om hur dessa kalciumjonkanaler fungerar kan på sikt bidra till behandling av vissa sjukdomar. Det finns många varianter av genen som producerar CaV2.1-kanalen, CACNA1A, som är kopplade till sällsynta men allvarliga neurologiska sjukdomar som ofta går i arv i familjer. För att utveckla läkemedel mot dessa hjälper det att veta vilken del av den stora jonkanalen som ska påverkas och på vilket sätt dess aktivitet ska ändras.

– Vårt arbete pekar ut vilken del av proteinet som nya läkemedel borde riktas mot, säger Antonios Pantazis.

Forskningen har finansierats av Vetenskapsrådet, Wallenberg center för molekylär medicin vid Linköpings universitet, Hjärnfonden, Hjärt-Lungfonden, Lions Forskningsfond mot Folksjukdomar och NIH.

Artikeln: A rich conformational palette underlies human CaV2.1-channel availability, Kaiqian Wang, Michelle Nilsson, Marina Angelini, Riccardo Olcese, Fredrik Elinder och Antonios Pantazis, (2025), Nature Communications, publicerad 23 april 2025, doi: https://doi.org/10.1038/s41467-025-58884-2

Tidigare nyheter om forskningen

Mer om forskningsmiljön

Senaste nytt från LiU

Flod mellan berg.

Floder och bäckar frigör forntida kol till atmosfären

Vattendrag frigör markkol som kan vara tusentals år gammalt och släpper ut det i atmosfären. Resultaten går tvärtemot den rådande uppfattningen att det främst är kol från nyligen nedbrutet organiskt material som avges från vattendragen.

Pristagare av NSS skolsamverkanspris 2024

Fredrik Löfgren tilldelas Skolsamverkanspriset 2024

Skolsamverkanspriset 2024 tilldelas Fredrik Löfgren postumt. Fredrik får priset för sitt stora engagemang inom ungdomars teknikintresse. Hans pappa Erik Löfgren var på plats och tog emot priset.

Hedersdoktorer hyllade LiU: "Vilken kraft och energi"

Talmannen Andreas Norlén och professor Angela Woods hyllade samarbetet med Linköpings universitet när de promoverades till hedersdoktorer vid den Filosofiska fakulteten.