По данным, полученным в недавнем исследовании, проведенном учеными Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, сообщается о клеточных механизмах, являющихся основой формирования прочных межсинаптических связей как основы формирования долговременной памяти. Полученные результаты предлагают новый взгляд на каскад молекулярных реакций, опосредующих кодирование долговременных воспоминаний в СА3-области гиппокампа.
Установлено, что протеин Npas4, ранее известный как ведущий регулятор генетической экспресии, обусловленной активностью нейронов, контролирует силу связей между нейронами в CA3, а также в смежной гиппокампальной области, называемой зубчатой извилиной. Таким образом, указанный молекулярный фактор является ключевым фрагментом в формировании долговременных воспоминаний.
Руководитель исследования Инси Лин (Yingxi Lin), доцент нейробиологии, член Института Макговерна исследований мозга (McGovern Institute for Brain Research), США, при Массачусетском технологическом институте, указал на то, что проведенное исследование позволяет идентифицировать синаптический механизм кодирования памяти в СА3-области гиппокампа и обосновывает наличие молекулярного пути, осуществляющего избирательный контроль этого процесса. Основные положения и выводы работы опубликованы в издании «Neuron» 8 февраля 2018 г.
Ранее было известно о том, что кодирование воспоминаний в структурах головного мозга происходит посредством изменения силы межсинаптических связей. Указанные процессы требуют взаимодействия множества белков, функционирующих как в пределах пресинаптических нейронов, участвующих в передаче информации о сигналах, так и постсинаптических структур, получающих эту информацию.
Нервные клетки CA3-области гиппокампа играют решающую роль в формировании контекстных воспоминаний, которые представляют информацию о событиях, связанных с местом, где они происходили, или с другой контекстной информацией, такой как временные или эмоциональные характеристики. Указанные нейроны акцептируют сигналы, поступающие по трем различным каналам. Исходя из этого, ученые предположили, что один из этих путей, связанный с функционированием зубчатой извилины, может иметь решающее значение в механизме кодирования контекстных воспоминаний. Тем не менее точный механизм кодирования подобной информации оставался неясен.
В исследовании, опубликованном в 2011 г., И. Лин и его коллеги выявили, что Npas4 — ген, экспрессируемый в ответ на информацию о новом опыте, вероятно, является одним из ведущих дирижеров программы генетической экспрессии, необходимой для формирования долговременной памяти. Также установлено, что Npas4 наиболее активен в области CA3 гиппокампа в процессе обучения. Кроме того, подтверждена важность указанных процессов при решении задач, известных как контекстное обусловливание страха.
В новом исследовании ученые более подробно изучили эффекты Npas4. Ранее был разработан метод, позволяющий проводить флуоресцентную маркировку нейронов СА3, которые активируются в ситуациях, связанных со страхом. Так, установлено, что во время обучения на уровне отдельных межнейронных контактов в СА3-области наблюдается возрастание связности. Однако указанный процесс сопровождается обязательной экпрессией Npas4.
Также идентифицирован один из генов, контролируемый Npas4 и способствующий усилению связности функционирования синапса. Указанный ген, известный как plk2, участвует в сокращении постсинаптических структур. Так, Npas4 активирует экспрессию plk2, тем самым способствуя морфофункциональной деградации синапса. По мнению авторов исследования, это может свидетельствовать о том, что Npas4 обеспечивает поддержание синапсов в состоянии, позволяющем расширять связность функционирования в соответствии с изменением внешних стимулов. Наряду с этим показано, что без Npas4 синапсы становятся чрезмерно устойчивыми.
Перспективу дальнейших исследований ученые видят в изучении последовательности событий, объединяющих функционирование зубчатой извилины с CA3-областью гиппокампа, а также взаимодействие с другими путями, необходимыми для формирования долговременной памяти.
- Massachusetts Institute of Technology (2018) Molecular mechanisms of memory formation revelaed. ScienceDaily, Feb. 8 (https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180208120925.htm).
- Weng F.-J., Garcia R.I., Lutzu S. еt al. (2018) Npas4 is a critical regulator of learning-induced plasticity at mossy fiber-CA3 synapses during contextual memory formation. Neuron, Feb. 8 [Epub. ahead of print].
Наталья Савельева-Кулик
