Исследования обнаружили «молекулярный клей», который помогает обеспечить формирование и стабилизацию памяти

Будь то первый визит в зоопарк или когда мы научились кататься на велосипеде, воспоминания из детства сохраняются и во взрослую жизнь. Но что объясняет, почему эти воспоминания сохраняются почти всю жизнь?

Исследование в журнале Достижения науки, проведенная группой международных исследователей, обнаружила биологическое объяснение долговременной памяти. В центре внимания — открытие роли молекулы KIBRA, которая служит «клеем» для других молекул, тем самым укрепляя формирование памяти.

«Предыдущие попытки понять, как молекулы хранят долговременную память, были сосредоточены на индивидуальных действиях отдельных молекул», — объясняет Андре Фентон, профессор нейронауки в Нью-Йоркском университете и один из главных исследователей исследования. «Наше исследование показывает, как они работают вместе, обеспечивая вечное хранение данных в памяти».

«Более четкое понимание того, как мы сохраняем свои воспоминания, поможет направить усилия на выявление и устранение проблем, связанных с памятью, в будущем», — добавляет Тодд Сэктор, профессор Университета медицинских наук SUNY Downstate и один из главных исследователей исследования.

Давно установлено, что нейроны хранят информацию в памяти в виде структуры сильных и слабых синапсов, которая определяет связность и функцию нейронных сетей. Однако молекулы в синапсах нестабильны, постоянно перемещаются по нейронам, изнашиваются и заменяются в течение часов или дней, что поднимает вопрос: как же тогда воспоминания могут быть стабильными в течение многих лет или десятилетий?

В исследовании с использованием лабораторных мышей ученые сосредоточились на роли KIBRA, или белка, экспрессируемого почками и мозгом, генетические варианты которого у человека связаны как с хорошей, так и с плохой памятью. Они сосредоточились на взаимодействии KIBRA с другими молекулами, имеющими решающее значение для формирования памяти, — в данном случае с протеинкиназой Мзета (PKMzeta). Этот фермент является наиболее важной молекулой для укрепления нормальных синапсов млекопитающих, но он разрушается через несколько дней.

Их эксперименты показывают, что KIBRA является «недостающим звеном» в долговременной памяти, служащим «постоянной синаптической меткой» или клеем, которая прилипает к сильным синапсам и к PKMzeta, избегая при этом слабых синапсов.

«Во время формирования памяти синапсы, участвующие в формировании памяти, активируются, и KIBRA избирательно позиционируется в этих синапсах», — объясняет Сактор, профессор физиологии, фармакологии, анестезиологии и неврологии в SUNY Downstate. «Затем PKMzeta прикрепляется к синаптической метке KIBRA и сохраняет эти синапсы сильными. Это позволяет синапсам прилипать к вновь созданной KIBRA, привлекая еще больше вновь созданных PKMzeta».

Точнее, их эксперименты в Достижения науки документы показывают, что разрыв связи КИБРА-ПКМзета стирает старую память.

Предыдущая работа показала, что случайное увеличение количества PKMzeta в мозге усиливает слабые или угасшие воспоминания, что было загадочным, поскольку должно было делать противоположное, действуя в случайных местах, но постоянное синаптическое маркирование KIBRA объясняет, почему дополнительное количество PKMzeta улучшало память, действуем только на сайтах с тегами KIBRA.

«Механизм постоянного синаптического мечения впервые объясняет эти результаты, которые клинически значимы для неврологических и психиатрических расстройств памяти», — отмечает Фентон, который также преподает в Институте нейробиологии Медицинского центра Нью-Йоркского университета в Лангоне.

Авторы статьи отмечают, что исследование подтверждает концепцию, введенную в 1984 году Фрэнсисом Криком. Сэктор и Фентон указывают, что предложенная им гипотеза, объясняющая роль мозга в хранении памяти, несмотря на постоянные клеточные и молекулярные изменения, представляет собой механизм корабля Тесея — заимствованный из философского аргумента, восходящего к греческой мифологии, в котором новые доски заменяют старые, чтобы поддерживать корабль Тесея в рабочем состоянии в течение многих лет.

«Обнаруженный нами механизм постоянного синаптического мечения аналогичен тому, как новые доски заменяют старые, чтобы поддерживать Корабль Тесея в течение нескольких поколений, и позволяет воспоминаниям сохраняться годами, даже если белки, поддерживающие память, заменяются», — говорит Сактор.

«Фрэнсис Крик интуитивно понял механизм корабля Тесея и даже предсказал роль протеинкиназы. Но потребовалось 40 лет, чтобы обнаружить, что компонентами являются KIBRA и PKMzeta, и разработать механизм их взаимодействия».

В исследовании также приняли участие исследователи из канадского Университета Макгилла, Университетской больницы Германии в Мюнстере и Медицинской школы Техасского университета в Хьюстоне.