Для создания долговременной памяти требуется повреждение ДНК, обнаружили исследователи

Для создания долговременной памяти требуется повреждение ДНК, обнаружили исследователи
Создание долговременной памяти требует повреждения нервных клеток

Фрагменты, высвобождаемые из ядер нейронов, ДНК которых повреждается во время обучения: ДНК (большая белая точка в центре справа), гистоны (фиолетовые) и факторы транскрипции (красные и зеленые). Фото: лаборатория Радуловича.

Точно так же, как невозможно приготовить омлет, не разбив яиц, ученые из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна обнаружили, что долговременные воспоминания невозможны без повреждения ДНК и воспаления мозга. Их удивительные выводы были опубликованы в журнале. Природа в статье под названием «Формирование агрегатов памяти посредством ДНК-чувствительного пути TLR9».

«Воспаление нейронов головного мозга обычно считается плохим явлением, поскольку оно может привести к неврологическим проблемам, таким как болезни Альцгеймера и Паркинсона», — сказала руководитель исследования Елена Радулович, доктор медицинских наук, профессор кафедры Доминика П. Пурпура. профессор нейробиологии, профессор психиатрии и поведенческих наук, а также кафедра нейробиологии Сильвии и Роберта С. Олник в Эйнштейне.

«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. Элизабет Вуд, доктор философии. Студентка и Ана Чикварик, постдок в лаборатории Радуловича, были первыми авторами исследования в Эйнштейне.

От потрясений к устойчивым воспоминаниям

Исследователи обнаружили этот механизм формирования памяти, подвергая мышей кратким, легким электрошокам, достаточным для формирования воспоминаний о событии шока (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)», — сказал доктор Радулович, который также является директором Научно-исследовательского института психиатрии в Монтефиоре Эйнштейне (PRIME).

«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 внимательнее, мы, к нашему удивлению, обнаружили, что TLR9 активировался только в кластерах клеток гиппокампа, которые показали 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.

Запуск воспаления для создания воспоминаний

Дальнейший анализ показал, что фрагменты ДНК вместе с другими молекулами, образующимися 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», — сказал доктор Радулович.

«Вполне вероятно, что в ходе эволюции нейроны гиппокампа переняли этот иммунный механизм памяти, объединив путь TLR9, чувствительный к ДНК, с функцией центросомы восстановления ДНК для формирования воспоминаний без перехода к делению клеток».

Сопротивление вводу посторонней информации

Было обнаружено, что в течение недели, необходимой для завершения воспалительного процесса, нейроны, кодирующие память мыши, изменились по-разному, в том числе стали более устойчивыми к новым или аналогичным раздражителям окружающей среды.

«Это примечательно, — сказал доктор 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», — сказал доктор Радулович.

«Для облегчения симптомов длительного COVID-19 были предложены препараты, ингибирующие путь TLR9. Но необходимо проявлять осторожность, поскольку полное ингибирование пути TLR9 может представлять значительный риск для здоровья».

Больше информации:
Елена Радулович, Формирование сборок памяти посредством ДНК-чувствительного пути TLR9, Природа (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07220-7. www.nature.com/articles/s41586-024-07220-7

Предоставлено Медицинским колледжем Альберта Эйнштейна.

Цитирование: Для создания долговременной памяти требуется повреждение ДНК, как обнаружили исследователи (27 марта 2024 г.), получено 28 марта 2024 г. с https://medicalxpress.com/news/2024-03-term-memories-requires-dna.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.

Поделиться в соцсетях