Under fem år har den biträdande professorn i integrativ fysiologi vid CU Boulder arbetat för att bättre förstå ett protein som kallas AKT, som är allestädes närvarande i hjärnvävnad och som är avgörande för att hjärnan ska kunna anpassa sig till nya upplevelser och skapa nya minnen.

Förut har forskarna vetat väldigt lite om vad det gör i hjärnan.

Men i en ny artikel som finansieras av National Institutes of Health förklarar Hoeffer och hans medförfattare det för första gången och visar att AKT finns i tre olika varianter som finns i olika typer av hjärnceller och påverkar hjärnans hälsa på mycket olika sätt.

Upptäckten kan leda till nya, mer målinriktade behandlingar för allt från glioblastom – den hjärncancer som senator John McCain har – till Alzheimers sjukdom och schizofreni.

”AKT är ett centralt protein som har involverats i en mängd neurologiska sjukdomar, men vi vet otroligt lite om det”, säger Hoeffer. ”Vår artikel är den första som utförligt undersöker vad dess olika former gör i hjärnan och var.”

AKT upptäcktes på 1970-talet och är mest känd som en ”onkogen” (en som, när den är muterad, kan främja cancer), men på senare tid har AKT identifierats som en nyckelspelare i främjandet av ”synaptisk plasticitet”, hjärnans förmåga att förstärka cellförbindelserna som svar på upplevelser.

”Låt oss säga att du ser en vithaj och du är rädd och din hjärna vill bilda ett minne av vad som händer. Du måste skapa nya proteiner för att koda det minnet”, säger han. AKT är ett av de första proteinerna som kommer igång, en central strömbrytare som sätter igång minnesfabriken.

Men alla AKT:er är inte skapade lika.

För studien tystade Hoeffers team de tre olika isoformerna, eller varianterna, av AKT hos möss och observerade deras hjärnaktivitet.

De gjorde ett antal viktiga upptäckter:

AKT2 finns uteslutande i astroglia, de stödjande, stjärnformade cellerna i hjärnan och ryggmärgen som ofta påverkas vid hjärncancer och hjärnskador.

”Det är ett riktigt viktigt fynd”, säger medförfattaren Josien Levenga, som arbetade med projektet som postdoktoral forskare vid CU Boulder. ”Om man kunde utveckla ett läkemedel som endast riktade sig mot AKT2 utan att påverka andra former, skulle det kunna vara mer effektivt för att behandla vissa problem med färre biverkningar.”

Forskarna fann också att AKT1 är allestädes närvarande i neuronerna och verkar vara den viktigaste formen för att främja stärkandet av synapserna som svar på erfarenheter, även kallat minnesbildning. (Detta resultat ligger i linje med tidigare forskning som visar att mutationer i AKT1 ökar risken för schizofreni och andra hjärnstörningar som är förknippade med ett fel i det sätt på vilket patienten uppfattar eller minns upplevelser.)

AKT3 tycks spela en nyckelroll i hjärnans tillväxt, och möss vars AKT3-gener tystas uppvisar en mindre hjärnstorlek.

”Före detta fanns det ett antagande om att alla gjorde i princip samma sak i samma celler på samma sätt. Nu vet vi bättre”, säger Hoeffer.

Han konstaterar att pan-AKT-hämmare redan har utvecklats för cancerbehandling, men han föreställer sig en dag då läkemedel skulle kunna utvecklas för att rikta sig mot mer specifika versioner av proteinet (AKT1-förstärkare för Alzheimers och schizofreni, AKT2-hämmare för cancer) och lämna de andra formerna orörda, vilket skulle förhindra biverkningar.

Mer djurforskning pågår för att fastställa vad som händer med beteendet när olika former av proteinet går fel.

”Isoformspecifika behandlingar är mycket lovande när det gäller utformningen av riktade terapier för att behandla neurologiska sjukdomar med mycket större effektivitet och noggrannhet än de som använder sig av ett tillvägagångssätt med en enda storlek som passar alla”, konstaterar författarna. ”Den här studien är ett viktigt steg i den riktningen.”