Ученые нашли контроллер памяти

Результаты работы ученых не только показывают некоторые из молекулярных основ формирования памяти, но также обрисовывают возможность нейробиологов определить точное местоположение определенных воспоминаний в мозге

Когда вы переживаете новый опыт, в мозгу «прописывается» код этого опыта путем изменения связи между нейронами. Этот процесс требует включения многих генов в нейронах. Недавно нейробиологи из Массачусетского технологического института нашли ген, который управляет этим сложным процессом.

Результаты, описанные в декабрьском номере журнала «Наука», не только показывают некоторые из молекулярных основ формирования памяти, они также обрисовывают возможность нейробиологов определить точное местоположение определенных воспоминаний в мозге.

Исследовательская группа во главе с Иингкси Лин сосредоточилась на гене Npas4, который, как показали предыдущие исследования, немедленно изменяется после того, как происходит новое событие. Ген является особенно активным в гиппокампе – структуре мозга, которая, как известно, важна в процессе формирования долгосрочных воспоминаний.

Лин и ее коллеги обнаружили, что Npas4 включает в себя серию генов, которые изменяют внутреннюю сетку мозга, регулируя силу синапсов или связей между нейронами. «Это ген, который обеспечивает связь опыта и возможного изменения кругооборота», - говорит Лин.

Профессор Массачусетского технологического института Иингкси Лин

Чтобы понять генетические механизмы формирования памяти, ученые исследовали тип обучения, известный как контекстное создание условий страха: мыши получают небольшой удар током, когда они входят в определенный отсек. В течение нескольких минут мыши обучаются «бояться» отсека, и в следующий раз, когда они входят в него, они замирают, ожидая боли.

Исследователи показали, что при таких условиях Npas4 включается очень рано. «Это ставит Npas4 отдельно от многих других генов, регулирующих деятельность, - говорит Лин. - Многие из них стимулируются различными видами возбуждения; они не подходят для подробного изучения из-за сходства многих признаков и связей».

Кроме того, активация Npas4 происходит прежде всего в области гиппокампуса CA3, которая, как уже известно ученым, отвечает за быстрое обучение.

«Мы видим Npas4 как первостепенный спусковой механизм, который активизируется и затем инициирует активизацию других процессов, которые происходят по цепочке в определенной области мозга. В конечном счете, эти процессы изменяют синапсы и синаптическое торможение. Это мы еще пытаемся выяснить», - говорит Картик Рамамурти, аспирант в лаборатории Лин и ведущий автор статьи.

Гиппокампус

Генетическое регулирование

До сих пор исследователи идентифицировали всего лишь несколько генов, регулируемых Npas4, но они подозревают, что их существуют сотни. Npas4 - фактор, отвечающий за считывание генетической информации, что означает, что он управляет копированием других генов в посыльный РНК - генетический материал, который обеспечивает кодирование генетической информации от ядра до остальной части клетки. Эксперименты ученых из Массачусетского технологического института показали, что Npas4 связывается с точками активации определенных генов и направляет фермент, названный РНК полимеразой II, чтобы начать их копирование.

«Npas4 обеспечивает первичный сигнал, - говорит Рамамурти. - Сообщает полимеразе в каких определенных генах приземляться, и без этого сигнала полимераза не найдет правильного направления, просто будет плавать по кругу в ядре».

Когда исследователи выбили ген для Npas4, они обнаружили, что мыши не могли вспомнить состояние, выработанное в ходе создания условий страха. Они также выяснили, что это воздействие может быть достигнуто удалением лишь гена в области CA3 гиппокампуса. В других частях гиппокампуса удаление гена не имело видимых эффектов. Хотя они сосредоточились на контекстном создании условий страха, исследователи полагают, что Npas4 также будет работать для других типов обучения.

Глеб Шумяцкий, доцент в области генетики в Университете Ратджерса, говорит, что следующий шаг - это идентификация большего количества генов, которыми управляет Npas4, что докажет масштабы его роли в формировании памяти. «Это - определенно один из крупных игроков, - говорит Шумяцкий. - Будущие эксперименты покажут, насколько важная роль может быть отведена исследованию в будущем науки».

Команда Массачусетского технологического института также планирует заняться исследованием вопросов о том, включаются ли те же нейроны, которые включают Npas4, когда воспоминания уже сформированы или восстановлены. Это могло помочь точно определить нейроны, которые хранят особые воспоминания.

«Мы охотимся за памятью, и мы думаем, что можем использовать Npas4, чтобы узнать ее детально, - говорит Рамамурти. - Теперь мы можем маркировать клетки, и, возможно, в скором будущем мы сможем извлекать воспоминания».