В дослідження на мишах вчені з’ясували, що нові клітини формують довготривалі спогади за допомогою запальної реакції.
Коли формується довготривала пам'ять, деякі клітини мозку відчувають приплив електричної активності, настільки сильний, що він руйнує їх ДНК. Потім спрацьовує запальна реакція, яка відновлює це пошкодження і допомагає закріпити пам'ять, як показує дослідження на мишах.
Висновки є «надзвичайно захоплюючими», каже Лі-Хуей Цай, нейробіолог з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі, який не брав участі в роботі. Вони сприяють створенню картини, що формування спогадів – це «ризикована справа», каже вона. У нормі розриви в обох ланцюгах молекули ДНК подвійної спіралі пов'язані із захворюваннями, включаючи рак. Але в цьому випадку цикл пошкодження та відновлення ДНК пропонує одне з пояснень того, як можуть формуватися та тривати спогади.
Це також наводить на думку про спокусливу можливість: цей цикл може бути неправильним у людей з нейродегенеративними захворюваннями, такими як хвороба Альцгеймера, викликаючи накопичення помилок у ДНК нейрона, каже співавтор дослідження Єлена Радулович, нейробіолог з Медичного коледжу Альберта Ейнштейна в Нью-Йорку.
Це не перший випадок, коли пошкодження ДНК пов'язують з пам'яттю. У 2021 році Цай та її колеги показали, що дволанцюгові розриви ДНК широко поширені в мозку, і пов'язали їх із навчанням.
Щоб краще зрозуміти, яку роль відіграють ці розриви ДНК у формуванні пам'яті, Радулович та її колеги навчили мишей асоціювати невеликий удар електричним струмом з новим середовищем, щоб, коли тварин знову помістили в це середовище, вони «запам'ятовували» цей досвід і демонстрували ознаки страху, такі як завмирання на місці. Потім дослідники вивчили активність генів у нейронах у ділянці мозку, ключовій для пам'яті — гіпокампі. Вони виявили, що деякі гени, відповідальні за запалення, були активні в наборі нейронів через чотири дні після тренування. Через три тижні після тренування ці ж гени були набагато менш активними. Команда точно визначила причину запалення: білок під назвою TLR9, який запускає імунну відповідь на фрагменти ДНК, що плавають всередині клітин. Ця запальна реакція схожа на ту, яку використовують імунні клітини, коли вони захищають від генетичного матеріалу від чужорідних патогенів. Однак у цьому випадку нервові клітини реагували не на загарбників, а на власну ДНК, з'ясували дослідники.
TLR9 був найбільш активним у підмножині нейронів гіпокампу, в яких розриви ДНК чинили опір відновленню. У цих клітинах механізм репарації ДНК накопичується в органелі, яка називається центросомою, яка часто пов'язана з поділом і диференціюванням клітин. Однак зрілі нейрони не діляться, каже Радулович, тому дивно бачити, як центросоми беруть участь у відновленні ДНК. Вона задається питанням, чи формуються спогади за допомогою механізму, подібного до того, як імунні клітини налаштовуються на чужорідні речовини, з якими вони стикаються. Іншими словами, під час циклів пошкодження та відновлення нейрони можуть кодувати інформацію про подію формування пам'яті, яка спровокувала розриви ДНК, каже вона.
Коли дослідники видалили ген, що кодує білок TLR9 у мишей, тварини мали проблеми з пригадуванням довготривалих спогадів про свої тренування: вони набагато рідше завмирали, коли їх поміщали в середовище, де вони раніше були налякані, ніж миші, у яких ген був неушкодженим. Ці результати свідчать про те, що «ми використовуємо нашу власну ДНК як сигнальну систему», щоб «зберігати інформацію протягом тривалого часу», каже Радулович.
Як висновки команди узгоджуються з іншими відкриттями про формування пам'яті, досі неясно. Наприклад, дослідники показали, що підмножина нейронів гіпокампу, відома як енграма, є ключем до формування пам'яті. Ці клітини можна розглядати як фізичний слід однієї пам'яті, і вони експресують певні гени після події, що запам’ятовується. Але група нейронів, в якій Радулович та її колеги спостерігали запалення, пов'язане з пам'яттю, здебільшого відрізняється від нейронів енграми, кажуть автори. Томас Райан, нейробіолог з Трініті-коледжу в Дубліні, каже, що дослідження надає «найкращі докази того, що репарація ДНК важлива для пам'яті». Але він сумнівається, що нейрони кодують щось відмінне від енграми — натомість, за його словами, пошкодження та відновлення ДНК може бути наслідком створення енграми.
«Формування енграми – це подія з великим впливом; Після цього потрібно багато займатися домашнім господарством»
Цай сподівається, що майбутні дослідження стосуватимуться того, як відбуваються дволанцюгові розриви ДНК і чи відбуваються вони в інших областях мозку.
Клара Ортега де Сан-Луїс, нейробіолог, яка працює з Райаном у Трініті-коледжі в Дубліні, каже, що ці результати привертають таку необхідну увагу до механізмів формування пам'яті та постіність всередині клітин.
«Ми багато знаємо про зв'язок між нейронами та нейронну пластичність, але не так багато про те, що відбувається всередині нейронів»
За матеріалами: Nature.com
