Molecular basis of learning and memory

Abstract

Learning and memory arise from activity-dependent changes in communication between neurons. These changes rely on molecular signaling events that convert brief patterns of synaptic activity into stable modifications of synaptic strength and structure. This thesis examines the major mechanisms that support this process, focusing on calcium-dependent signaling, CaMKII activation, CREB-mediated transcription, activity-regulated gene expression, and local protein synthesis. Epigenetic regulation and retrograde messengers further contribute to the long-term stabilization of synaptic changes. Non-neuronal cells, including astrocytes and microglia, additionally modulate synaptic function through NMDA receptor regulation and synaptic pruning. Together, these neuronal and glial mechanisms operate across multiple levels to support memory formation, consolidation, and long-term storage. Keywords: synaptic plasticity; CaMKII; CREB; learning and memory

Učení a paměť vznikají na základě změn v komunikaci mezi neurony, které závisí na jejich aktivitě. Tyto změny jsou řízeny molekulárními signálními procesy, jež převádějí krátkodobé vzorce synaptické aktivity na trvalé úpravy síly a struktury synapsí. Tato práce se zabývá hlavními mechanismy, které tento proces podporují, se zaměřením na kalciem řízenou signalizaci, aktivaci CaMKII, transkripci zprostředkovanou CREB, expresi genů aktivovaných synaptickou aktivitou a lokální syntézu proteinů. Epigenetická regulace a retrográdní signální molekuly dále přispívají ke stabilizaci těchto dlouhodobých změn. Neurální plasticitu ovlivňují také nenervové buňky: astrocyty modulují aktivaci NMDA receptorů a mikroglie upravují synaptické okruhy prostřednictvím komplement-dependentního "pruningu". Tyto neuronální a gliální mechanismy společně působí na různých úrovních a umožňují vznik, konsolidaci a dlouhodobé uchování paměťových stop. Klíčová slova: synaptická plasticita; CaMKII; CREB; učení a paměť