Открыт новый механизм, участвующий в обучении и памяти
Что происходит внутри нейронов, когда мы запоминаем пароль или учимся играть на виолончели? Некоторые из наших основных представлений об обучении и памяти получены в результате изучения состояний, при которых нарушается когнитивное развитие.
Например, FMRP, белок, потеря которого приводит к синдрому хрупкого X, умственной отсталости и некоторым формам аутизма, как было показано, играет ключевую роль в этих функциях мозга, помогая регулировать синаптические связи между нейронами.
Новое исследование позволяет предположить, что роль этого белка более сложна, чем было известно ранее. Изучая нейроны памяти в области гиппокампа мозга мыши, ученые Рокфеллера обнаружили, что FMRP выполняет две разные задачи. Внутри отростков нейрона, или дендритов, он регулирует белки, необходимые для укрепления связей с другими нейронами. Однако внутри тела клетки FMRP регулирует общее состояние экспрессии генов в нейроне.
"Благодаря микропрепарированию тканей мозга мы смогли показать, что этот белок контролирует различные функции в разных местах клетки", - отметил Роберт Б. Дарнелл, профессор Рокфеллера Роберт и Харриет Хейлбрунн и исследователь HHMI, возглавлявший исследование.
Результаты, опубликованные в журнале eLife, могут дать новый ключ к разгадке механизмов, лежащих в основе обучения и памяти, интеллектуальной дисфункции и аутизма.
Формирование каждого воспоминания или угасание другого требует изменения силы синапсов между нейронами. Нейрон может изменять силу синапсов, например, создавая новые рецепторы или удаляя старые, что требует от него быстрой выработки множества новых белков. Производство белков происходит в дендритах клетки, которые заполнены молекулами РНК, ожидающими перевода в белки. FMRP действует как переключатель, задерживая трансляцию путем связывания с последовательностями РНК, а затем запуская ее, диссоциируя от РНК.
Известно более 900 РНК, которые непосредственно связываются и регулируются FMRP. Чтобы лучше понять роль белка в обучении и памяти, Дарнелл и его коллеги пометили отдельные нейроны мыши с помощью молекулярной генетики, а затем вручную препарировали синапсы и тела клеток, чтобы разделить их. Затем они использовали CLIP - разработанную в лаборатории методику замораживания комплексов белок-РНК на месте и анализа их состава.
Дендритная фракция содержала FMRP, связанный с РНК, белковые продукты которой могут изменять синаптический ответ. Одновременно в теле клетки того же нейрона белок связывался с другим набором РНК, кодирующих модификаторы хроматина - белки, которые регулируют экспрессию генов, проникая в клеточное ядро и добавляя химические метки к ДНК.
Полученные данные свидетельствуют о том, что FMRP помогает установить обратную связь между ядром и дендритами - механизм, который, по мнению Дарнелла, может обеспечивать перекрестную связь между командным центром клетки и тысячами ее отдаленных отростков, держа под контролем синаптический ответ.
"Если бы нейроны не находились под жестким контролем, они могли бы все больше и больше возбуждаться, что в конечном итоге привело бы к судорогам - явлению, наблюдаемому при синдроме хрупкой Х. Система построена так, чтобы сдерживать себя".
