Известно, что локализация дендритного РНК-мессенджера и правильность последующей трансляции и экспрессии этих биомолекул имеет критическую значимость в процессах синаптической пластичности, а значит, обучении и памяти. Таким образом, когнитивные возможности обусловлены механизмами химической адаптации отдельных синаптических структур. Однако до настоящего времени роль РНК-связывающих белков в поддержании этих процессов in vivo была недостаточно изучена.
В новом исследовании, результаты которого опубликованы в издании «Genome Biology» 17 ноября 2017 г., сообщается о важности функции РНК-связывающего протеина в процессах обучения и механизмах памяти.
Формирование воспоминаний обусловлено последовательностью реакций в структурах головного мозга, связанных с тем, что обучение и память являются результатом непрекращающейся модификации синапсов, обеспечивающих функциональные связи и позволяющих нервным клеткам связываться друг с другом. Долгосрочные молекулярные изменения, формирующие основу указанных процессов, кодируются так называемыми мессенджерными РНК, синтезирующимися в ядре нейрона и транспортируемыми в соответствующие синапсы для программирования синтеза необходимых протеинов на «на месте». В предыдущих исследованиях установлено, что РНК-связывающий белок Staufen2 играет существенную роль в передаче мессенджерных мРНК в места их назначения. Однако точные механизмы процессинга молекулярных реакций, влияющих на поведенческие изменения и когнитивные механизмы, оставались неизвестными.
В настоящем исследовании, проведенном научными сотрудниками Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen), Германия, и Хайдельбергского университета (Heidelberg University), Германия, получены новые ответы на поставленные вопросы. В представленной статье авторами впервые показано, что снижение уровня протеина Staufen2 прямо взаимосвязано с нарушениями памяти.
В экспериментальной работе на лабораторных животных ученые провели изучение особенностей когнитивных изменений в условиях избирательной супрессии синтеза РНК-связывающего белка Staufen2 в нейронах переднего мозга. После чего проанализировали эффекты снижения уровня протеина Staufen2 на определенные характеристики памяти, применяя поведенческие тесты, оценивающие эффективность пространственной, временной и ассоциативной памяти. При этом учитывались известные данные о том, что указанные задачи зависят от синаптической пластичности — способности активно модулировать эффективность связей между конкретными синаптическими сетями в гиппокампе. В результате проведенного исследования авторами были представлены доказательства того, что снижение показателей протеина Staufen2 в переднем мозге отрицательно влияет на несколько аспектов памяти. Так, ученые установили, что в целом долговременная память продолжает функционировать, и животные сохраняют способность учиться находить источники пищи. Однако по прошествии определенного времени их когнитивные навыки значительно ухудшались по сравнению с животными контрольной группы. Также выявлено, что снижение уровня протеина Staufen2 оказывает заметное влияние на морфологию нервных клеток и функционирование синапсов. С помощью электрофизиологических измерений авторы проанализировали эффективность передачи сигналов в синапсах гиппокампа и выявили нарушения как механизмов долгосрочного потенцирования (LTP), так и долгосрочной депрессии (LTD).
Долгосрочное потенцирование представляет собой механизм, оптимизирующий эффективность синаптической передачи и межнейронные функциональные связи. С другой стороны, процессы долгосрочной депрессии способствуют ингибированию межсинаптической передачи и прерыванию ранее сформированных межнейронных связей. В новой работе показано, что снижение уровней протеина Staufen2 приводит к активации механизмов LTP, которые, в свою очередь, оказывают ингибирующее влияние на процессы LTD. По мнению авторов работы, полученные данные могут свидетельствовать о том, что дефицит протеина Staufen2 повышает синаптическую чувствительность.
Резюмируя итоги, ученые подчеркнули, что, несмотря на существующие ранее представления о роли механизма долгосрочного потенцирования в качестве модели обучения на клеточном уровне, вновь полученные результаты показывают, что на самом деле эти процессы определяются балансом между функционированием механизмов долгосрочного потенцирования и долгосрочной депрессии. Кроме того, проведенная работа позволила впервые связать определенный молекулярный фактор — РНК-связывающий белок Staufen2 — с синаптической пластичностью и обучением.
- Berger S.M., Fernández-Lamo I., Schönig K. et al. (2017) Forebrain-specific, conditional silencing of Staufen2 alters synaptic plasticity, learning, and memory in rats. Genome Biol., Nov. 17 [Epub. ahead of print] (https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-017-1350-8).
- Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen (2017) Neurobiology: The chemistry of memory. ScienceDaily, Nov. 23 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171123095409.htm).
Наталья Савельева-Кулик
