Память связана с нейронными хромосомами | Журнал "Вольт"
Сб. Окт 31st, 2020



Нейроны запоминают информацию в несколько этапов, постепенно изменяя структуру своих хромосом.

Разрезайте мозг мыши. Гиппокамп, один из основных центров памяти, представляет собой парную изогнутую структуру наверху с нейронами, окрашенными в зеленый, желтый и синий цвета. (Фото: MIT)

Чтобы энхансер (красные сегменты) воздействовал на свой ген (желтый и синий сегменты), их нужно сблизить друг с другом – тогда энхансер поможет сформировать белковый комплекс на ДНК, которая считывает информацию из гена. (Иллюстрация: Джон Чефф / Википедия)

Мозг запоминает информацию, формируя новые нейронные цепи. Но нейроны, входящие в такую ​​схему, выполняют в ней разные задачи. Среди них так называемые клетки энграммы, которые играют роль своеобразных ключей к той или иной памяти. Внешние и внутренние стимулы (то есть сигналы от органов чувств, наших собственных мыслей и эмоций) оставляют в клетках инграммы какие-то молекулярные изменения, что-то вроде следа памяти. Эти изменения помогают клеткам активироваться, когда записанная информация снова нужна мозгу: какой-то сигнал действует на клетку инграммы, и она просыпается благодаря оставшемуся следу от предыдущего стимула. (Другими словами, клетки инграммы реагируют на знакомые обстоятельства.)

Клетки инграммы образуют сети, но они не связаны друг с другом напрямую, а через другие нейроны, которые активируются из клеток инграммы. Очевидно, что изменения в памяти зависят от того, как такие сети соединяются, перекрываются, растут и т. Д.

В то же время было бы интересно узнать, какие именно изменения на уровне генов и молекул происходят в инграммных клетках. Здесь речь идет не только о том, как под действием стимула усилить связь-синапс с другим нейроном. Клетки энграмм долго сохраняют связи, то есть кратковременная память становится долговременной именно с их участием. С другой стороны, они должны вовремя «включить» свою память (то есть нервный контур, в который они входят), когда почувствуют соответствующий импульс.

Очевидно, что изменения в инграммных клетках связаны с активностью их генов. Нейробиологи неоднократно наблюдали, как некоторые гены активируются в клетках на самых первых этапах формирования памяти. Но потом эти ранние гены успокоились, и было непонятно, что произошло дальше.

Исследователи из Массачусетского технологического института пишут Природа нейробиологииДалее следуют несколько волн генетической активности, смысл которых состоит в том, чтобы усилить межнейронные синапсы и сделать их быстрее. Для укрепления синапсов нужны белки, а для их синтеза нужно привести соответствующие гены в рабочее состояние.

ДНК, в которой записаны гены, постоянно находится в комплексе с белками-упаковщиками гистонов. Упаковка белка может быть очень плотной, и тогда гены становятся недоступными для работы, или, наоборот, упаковка белков делает ДНК открытой, и с нее можно считывать информацию. Состояние белковой упаковки зависит от химических модификаций гистонов (эти модификации называются эпигенетическими).

Целью исследователей было понять, как упаковка ДНК в хромосомах инграммных клеток изменяется во время формирования памяти. Эксперименты проводились на мышах, у которых клетки инграммы были помечены так, чтобы их можно было наблюдать вживую прямо в мозгу мыши. Животных помещали в специальную клетку, по полу которой протекал слабый электрический ток. Мыши начали вспоминать, что сидеть в клетке не очень приятно, и клетки инграмм в их мозге начали флуоресцировать.

Сначала авторы работы увидели, что многие участки ДНК в клетках инграмм распакованы. Практически все эти участки не имели генов белков, но содержали так называемые энхансеры – регуляторные последовательности, которые стимулируют работу «настоящих» генов, то есть тех, которые кодируют молекулы белка. Другими словами, сначала клетка обходит те гены, которые уже активны, и оставляет активность их генов такой же, как была, но готовится активировать гены сильнее.

Энхансеры часто далеки от генов, которые они стимулируют. То есть, чтобы получить эффект, нить ДНК должна быть изогнута и сблизить энхансер и ген. Это то, что было замечено в клетках инграмм через пять дней после того, как мышей научили бояться электроэлементов: распакованные энхансеры сходились на генах. Таким образом, они все еще не стимулировали активность генов. Но если мышь снова попадала в неприятную клетку, то начинали работать энхансеры – повышалась активность генов, и это были именно те гены, которые усиливают уже существующие синапсы и подготавливают нейрон к образованию новых межнейронных связей.

Мы можем сказать, что клетка инграммы сначала ожидает появления новой информации. На случай, если она это сделает, у нее наготове молекулярные инструменты, которые укрепят нервную цепь. Различные стадии усвоения информации видны в структуре хромосом, в поведении белков, связанных с хромосомной ДНК. Возможно, мы научимся в будущем по собственному желанию контролировать эти белки, чтобы улучшить работу нашей памяти, или, наоборот, забывать то, что не нужно помнить.





Source link

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *