Возвращение к пережитому опыту запустило генетический механизм закрепления воспоминаний

Биологи проанализировали геномные изменения в клетках, которые активны во время формирования воспоминаний в мозге мышей. Оказалось, что когда мыши получают новый опыт, трехмерная организация ДНК их клеток меняется и гены становятся доступнее для прочтения, однако это не усиливает их работу. Только при повторной активации нейронов (вспоминании информации) происходит усиление работы генов из-за образования новых взаимодействий с регуляторными последовательностями. Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience.

При получении нового опыта в мозге возникают нейронные цепочки — энграммы, которые включают энграммные нейроны гиппокампа и другие структуры мозга. Именно энграммы отвечают за формирование воспоминаний: в процессе перехода памяти из эпизодической в долговременную связи нейронов в энграмме становятся сильнее. Считается, что это связано с изменением работы генов в клетках энграмм, однако процессы, лежащие в основе усиления связей, до сих пор были изучены плохо.

Работа генов и количество их прочтений зависят от трехмерной организации молекул ДНК в ядре. Так происходит из-за небольших последовательностей ДНК — энхансеров, взаимодействие с которыми помогает ферментам садиться на нужный ген и активировать его работу. Поэтому физическое расстояние до энхансеров играет ключевую роль в работе генов.

Биологи из Массачусетского технологического института под руководством Асафа Марко (Asaf Marco) решили исследовать изменения в трехмерной организации генома в процессе формирования и закрепления воспоминаний. Для этого исследователи создали трансгенных мышей, нейроны которых при активации синтезировали желтый флуоресцентный белок.

На животных провели классический эксперимент формирования реакций на устрашающий стимул: мышей помещали в клетки, на пол которых подавали разряды тока, поражающие лапки мышей. Одновременно с этим ученые подавали звуковой сигнал. После этого у некоторых мышей собирали образцы тканей мозга и определяли светящиеся (то есть активные при формировании энграммы) клетки. Через пять дней мышам напоминали о стимуляции, включая тот же звуковой сигнал: они пугались нового удара и замирали. Замирание свидетельствует о повторной активации энграммы, которая образовалась после удара током.

После этого исследователи собрали у мышей около 10 тысяч клеток для анализа трехмерной организации их генома и работу генов. Для этого они создали карту геномных контактов, на которой отметили, какие участки ДНК контактируют друг с другом чаще. Также исследователи проверили, насколько ДНК доступна для ферментов на основе данных о белках, на которые она «намотана», и зафиксировали количество прочтений (активность) генов. Оказалось, внутри популяций клеток на всех стадиях формирования воспоминания гены контактировали с энхансерами чаще (p < 0,0001).

Однако активность генов при изменении структуры ДНК осталась прежней во время получения нового опыта и формирования воспоминаний. Только при повторной активации нейронов энграммы (когда мыши слышали тот же звук, что и при ударе током) работа генов резко менялась (p < 0,0001). Из 438 генов, которые стали активнее при вспоминании, большинство принадлежало к классам, которые связаны с синаптической пластичностью. Ученые предполагают, что этот процесс обеспечивает закрепление воспоминания.

Так нейробиологи показали, что при формировании воспоминания структура геномов энграммных клеток гиппокампа значительно меняется, однако работа генов остается прежней. Их активация происходит только при вспоминании о прошедшем опыте.

Исследования памяти проводят не только на лабораторных животных, но и на людях. Недавно американские биологи выяснили, что у пожилых людей, занимающихся тяжелым физическим трудом на последней работе, наблюдаются проблемы с запоминанием информации. Кроме того, анализ МРТ-данных указал и на уменьшенный размер гиппокампа тех участников исследования, которые испытывали на работе сильные физические перегрузки.

Аня Муравьева

https://nplus1.ru/