Ученые из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center), Нью-Йорк, США, в ходе новой работы установили, что определенные системы головного мозга способны сохранять полученную информацию в течение длительного времени. Наиболее парадоксальным, по мнению исследователей, выглядит тот факт, что при этом процессе в организме активируются те же механизмы, что и при таких дегенеративных заболеваниях головного мозга, как синдром коровьего бешенства и болезнь Куру.
Известно, что в процессе формирования долгосрочных воспоминаний в головном мозгу образуются новые межнейронные связи. Причем образованные связи должны использоваться, иначе через несколько дней они распадаются. Консолидация долговременных воспоминаний в некоторой степени зависит от синтеза отдельных протеинов. В ходе предыдущих работ ученые идентифицировали несколько регуляторов трансляции, однако ни один из них не оказывал значимого влияния на длительность сохранения воспоминаний. Другие исследования были посвящены поиску специфических молекул, поддерживающих долговременную память, однако их природа до недавнего времени оставалась неясной. Во время последней работы, результаты которой опубликованы в журналах «Neuron» и «Cell Reports», ученые пришли к выводу, что прионоподобные протеины, схожие с прионами, вызывающими развитие губкообразной энцефалопатии у крупного рогатого скота и болезнь Крейтцфельдта — Якоба у людей, играют важную роль в формировании долгосрочной памяти у лабораторных мышей и, по всей видимости, у остальных млекопитающих.
Прионы, названные так из-за своей белковой природы и способности вызывать заболевания (от «proteinaceous infectious particle» — белковые заразные частицы), — уникальный класс протеинов. В отличие от других белков, они не только способны к самовоспроизведению, но и могут индуцировать смену формы первых. Когда прионы формируются в клетке, например в нейроне, они повреждают его, стимулируют агрегацию и нарушают клеточные процессы. Прионные агрегаты отличаются высокой степенью стабильности и, накапливаясь в инфицированных тканях, приводят к гибели клеток и нарушению функции органов и систем. Такие анормальные белки, как известно, вызывают синдром коровьего бешенства или губкообразной энцефалопатии, однако некоторые ученые полагают, что подобным механизмом можно объяснить и развитие таких нейродегенеративных заболеваний головного мозга, как болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона.
В отличие от описанных выше патогенных протеинов, функциональные прионные белки могут играть важную физиологическую роль и не вызывать развитие расстройств. В ходе предыдущих исследований ученые впервые идентифицировали такие прионы в тканях гигантского голожаберного моллюска и получили доказательства того, что они способствуют поддержанию памяти. Затем, при проведении других работ, исследователи выявили аналогичные белки у мышей и назвали их CPEB3.
В ходе данной работы ученые провели множество экспериментов, в одном из которых они заставляли лабораторных мышей многократно перемещаться по лабиринту для формирования долгосрочной памяти. Специалисты определили, что у тех лабораторных животных, у которых был ингибирован ген, отвечающий за синтез белка CPEB3, долговременная память формировалась на очень короткое время. В ходе работы ученым удалось выяснить, что CPEB3 работает внутри клетки, что позволяет формировать воспоминания и удерживать их длительное время. Подобно болезнетворным прионам, их функциональные аналоги могут находиться в двух состояниях: растворенном и агрегирующем. Из растворенного состояния в агрегирующее белковые частицы переходят при образовании межнейронных связей в ответ на формирование долгосрочных воспоминаний. Этот механизм позволяет удерживать полученную информацию в течение неограниченного времени — воспоминания сохраняются до тех пор, пока существуют образовавшиеся агрегаты, а они, пополняясь из новых порций растворимых белков, практически не разрушаются.
Ученые подчеркнули, что формирование долговременной памяти — это сложный процесс, который обеспечивается слаженной работой множества факторов и регуляторных компонентов. Возможно, белок, аналогичный CPEB3 по функции и структуре, присутствует и у человека, однако для окончательных выводов необходимо проведение большого количества дополнительных исследований.
- Columbia University Medical Center (2015) Long-term memories are maintained by prion-like proteins. ScienceDaily. July 02 (http://www.sciencedaily.com/releases/2015/07/150702132804.htm).
- Drisaldi B., Colnaghi L., Fioriti L. et al. (2015) SUMOylation is an inhibitory constraint that regulates the prion-like aggregation and activity of CPEB3. Cell Reports. June 11 [Epub ahead fo print].
- Fioriti L., Myers C., Huang Y.-Y. et al. (2015) The persistence of hippocampal-based memory requires protein synthesis mediated by the prion-like protein CPEB3. Neuron. June 11 [Epub ahead of print].
- Fiumara F., Rajasethupathy P., Antonov I. et al. (2015) MicroRNA-22 gates long-term heterosynaptic plasticity in aplysia through presynaptic regulation of CPEB and downstream targets. Cell Reports. June 18 [Epub ahead fo print].
- Stephan J.S., Fioriti L., Lamba N. et al. (2015) The CPEB3 protein is a functional prion that interacts with the actin cytoskeleton. Cell Reports. June 11 [Epub ahead fo print].
Юлия Котикович
