Мозок виявив молекулярний механізм пам’яті - science et Avenir
Опубліковано 11.10.2020 о 12:00
Формування нових спогадів у довгостроковій перспективі регулюється молекулярним механізмом, що включає структурні зміни в генетичному матеріалі відповідальних нейронів.
Оцифрована картинка нейрона (зеленим кольором). Ми бачимо деревну структуру його дендритів, які утворюють зв’язки з іншими нейронами.
Пам'ять - це таємничий і захоплюючий факультет мозку, який заінтригував нейрологів з 1880-х років, коли робота Германа Еббінгауза про забуття. У головному мозку, переважно в районі гіпокампу, є спеціальні нейрони, які називаються «енграмами», відповідальними за кодування спогадів. Вони організовані у підключених мережах, які активуються, коли щось запам’ятовується. Їх можна описати як біологічний слід пам'яті в мозку. Нещодавно нова робота з MIT, опублікована в Nature Neuroscience, проливає світло на молекулярний механізм, який дозволяє цим нейронам кодувати довготривалу пам'ять і згадувати про це пізніше. Цей механізм заснований на структурній перебудові їх генетичного матеріалу.
Хроматин, агент, що контролює механізм
В ядрі нейронів, як і у всіх клітинах, знаходиться генетичний матеріал. Ми називаємо “хроматин” дуже компактною структурою, дуже конденсованою, яка, по суті, включає ДНК клітини та білки (гістони).
Використовуючи техніку флуоресцентного мічення, що залежить від активності клітин, дослідники змогли візуалізувати енграми в гіпокампі мишей під час формування та пошуку пам’яті. Вони зосередили увагу на геномі клітин, особливо на його 3D-архітектурі під час процесу.
Багатоступеневий процес формування спогадів
Пам'ять - це таємничий і захоплюючий факультет мозку, який заінтригував нейрологів з 1880-х років, коли робота Германа Еббінгауза про забуття. У головному мозку, переважно в районі гіпокампу, є спеціальні нейрони, які називаються «енграмами», відповідальними за кодування спогадів. Вони організовані у підключених мережах, які активуються, коли щось запам’ятовується. Їх можна описати як біологічний слід пам'яті в мозку. Нещодавно нова робота з MIT, опублікована в Nature Neuroscience, проливає світло на молекулярний механізм, який дозволяє цим нейронам кодувати довготривалу пам'ять і згадувати про це пізніше. Цей механізм заснований на структурній перебудові їх генетичного матеріалу.
Хроматин, агент, що контролює механізм
В ядрі нейронів, як і у всіх клітинах, знаходиться генетичний матеріал. Ми називаємо “хроматин” дуже компактною структурою, дуже конденсованою, яка, по суті, включає ДНК клітини та білки (гістони).
Використовуючи техніку флуоресцентного мічення, що залежить від активності клітин, дослідники змогли візуалізувати енграми в гіпокампі мишей під час формування та отримання пам’яті. Вони зосередили увагу на геномі клітин, особливо на його 3D-архітектурі під час процесу.
Багатоступеневий процес формування спогадів
Вони виявили, що процес кодування та реактивації пам'яті контролюється "переробкою" хроматину енграм, що змінює щільність та просторову структуру, щоб зробити певні гени, конкретно задіяні в пам'яті, більш активними. Для цього потрібно кілька кроків, які виконуються протягом декількох днів.
По-перше, відразу після формування пам'яті хроматин розслабляється, стаючи менш конденсованим, що робить певні послідовності ДНК більш доступними. Це підсилювачі, частини некодуючої ДНК, які взаємодіють зі специфічними генами, щоб стимулювати їх транскрипцію (наприклад, специфічний підсилювач може стимулювати вироблення певного білка). На даний момент, однак, ця зміна не впливає на експресію генів.
П'ять днів потому, під час консолідації закодованої пам'яті, дослідники спостерігали просторову перебудову структури хроматину, що виділяється навколо підсилювачів: вони були наближені до своїх цільових генів. Вони все ще не були активовані, але вони були грунтовані, щоб вони були виражені, коли миші згадують закодовану пам'ять.
Після цієї реактивації пам'яті закріплені енхансери багато взаємодіяли зі своїми цільовими генами, що збільшувало їх експресію. Це гени, що беруть участь у стимулюванні синтезу білка в синапсах, областях контакту між нейронами, які посилюють зв’язок енграм між ними. Їхні дендрити, розгалужені розширення, що отримують сигнали від інших нейронів, також розробили більше шипів: додаткові докази посилення зв’язків між енграмами.
Коротше кажучи, перша фаза цього процесу полягає в тому, щоб зробити підсилювачі більш доступними, «розкладаючи» хроматин. Другий етап - це реорганізація його структури, з тим щоб ці підсилювачі фізично взаємодіяли зі своїми генами-мішенями. "Зараз ми усвідомлюємо, що 3D-архітектура геному відіграє дуже важливу роль в організації експресії генів", - говорить Асаф Марко, дослідник з Массачусетського технологічного інституту та провідний автор статті на цю тему.
Щоранку отримуйте безкоштовні оновлення новин