Создание долговременной памяти требует повреждения нервных клеток
Ученые из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна обнаружили, что невозможно создать долговременные воспоминания без повреждения ДНК и воспаления мозга. Их удивительные результаты были опубликованы сегодня в журнале Nature.
«Воспаление нейронов головного мозга обычно считается плохим явлением, поскольку оно может привести к неврологическим проблемам, таким как болезнь Альцгеймера и Паркинсона», — сказала руководитель исследования Елена Радулович. «Но наши результаты показывают, что воспаление в определенных нейронах в области гиппокампа мозга имеет важное значение для создания долговременных воспоминаний».
Гиппокамп уже давно известен как центр памяти мозга. Доктор Радулович и ее коллеги обнаружили, что стимул запускает цикл повреждения и восстановления ДНК в определенных нейронах гиппокампа, что приводит к формированию стабильных агрегатов памяти — кластеров клеток мозга, которые представляют наш прошлый опыт.
Исследователи обнаружили этот механизм формирования памяти, подвергая мышей кратким, легким электрошокам, достаточным для формирования воспоминаний о шоковом событии (эпизодическая память). Затем они проанализировали нейроны в области гиппокампа и обнаружили, что были активированы гены, участвующие в важном воспалительном сигнальном пути.
«Мы наблюдали сильную активацию генов, участвующих в пути Toll-подобного рецептора 9 (TLR9)», — сказала Радулович. «Этот воспалительный путь наиболее известен тем, что вызывает иммунные реакции путем обнаружения небольших фрагментов ДНК патогена. Поэтому сначала мы предположили, что путь TLR9 активировался из-за инфекции у мышей. Но присмотревшись, мы, к нашему удивлению, обнаружили, что TLR9 активируется только в кластерах клеток гиппокампа, в которых обнаружено повреждение ДНК».
Мозговая деятельность обычно вызывает небольшие разрывы в ДНК, которые восстанавливаются в течение нескольких минут. Но в этой популяции нейронов гиппокампа повреждение ДНК оказалось более существенным и устойчивым.
Дальнейший анализ показал, что фрагменты ДНК вместе с другими молекулами, возникающими в результате повреждения ДНК, высвобождались из ядра, после чего активировался воспалительный путь нейронов TLR9; этот путь, в свою очередь, стимулировал образование комплексов репарации ДНК в необычном месте: центросомах. Эти органеллы присутствуют в цитоплазме большинства клеток животных и необходимы для координации деления клеток. Но в нейронах, которые не делятся, стимулированные центросомы участвовали в циклах восстановления ДНК, которые, по-видимому, организовывали отдельные нейроны в комплексы памяти.
«Деление клеток и иммунный ответ сохранялись у животных на протяжении миллионов лет, что позволяло жизни продолжаться, одновременно обеспечивая защиту от чужеродных патогенов», — сказала Радулович. «Вполне вероятно, что в ходе эволюции нейроны гиппокампа переняли этот иммунный механизм памяти, объединив путь TLR9, чувствительный к ДНК иммунного ответа, с функцией центросомы восстановления ДНК для формирования воспоминаний без перехода к делению клеток».
В течение недели, необходимой для завершения воспалительного процесса, нейроны, кодирующие память мыши, изменились различными способами, в том числе стали более устойчивыми к новым или подобным раздражителям окружающей среды. «Это примечательно, — сказала Радулович, — потому что мы постоянно наводнены информацией, а нейронам, которые кодируют воспоминания, необходимо сохранять уже полученную информацию и не «отвлекаться» на новые входные данные».
Важно отметить, что исследователи обнаружили, что блокирование воспалительного пути TLR9 в нейронах гиппокампа не только не позволяет мышам формировать долговременную память, но и вызывает глубокую геномную нестабильность, то есть высокую частоту повреждений ДНК в этих нейронах.
«Геномная нестабильность считается признаком ускоренного старения, а также рака, психиатрических и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера», — сказала Радулович. «Для облегчения симптомов длительного COVID были предложены препараты, ингибирующие путь TLR9. Но необходимо проявлять осторожность, поскольку полное ингибирование пути TLR9 может представлять значительный риск для здоровья».
Обсудим?
Смотрите также:
