Ученые определили ключевую молекулу, ответственную за запуск химических процессов в нашем мозгу, связанных с формированием воспоминаний. Результаты, опубликованные в журнале Frontiers in Neural Circuits, раскрывают новую цель терапевтических вмешательств, чтобы обратить вспять разрушительные эффекты потери памяти.
Финансируемое BBSRC исследование, проводимое учеными из Бристольского университета, было направлено на лучшее понимание механизмов, которые позволяют нам формировать воспоминания, путем изучения молекулярных изменений в гиппокампе – части мозга, участвующей в обучении.
Предыдущие исследования показали, что наша способность учиться и формировать воспоминания обусловлена усилением синаптической коммуникации, называемой долгосрочным потенциалом [LTP]. Эта коммуникация инициируется химическим процессом, который запускается поступлением кальция в клетки мозга и активацией ключевого фермента, называемого «Ca2 +-зависимая киназа» [CaMKII]. Как только этот белок активируется кальцием, он вызывает переключение в своей собственной активности, позволяя ему оставаться активным даже после того, как кальций уйдет. Эта особая способность CaMKII поддерживать свою активность была названа «переключателем молекулярной памяти».
До сих пор оставался вопрос, что запускает этот химический процесс в нашем мозгу, который позволяет нам учиться и формировать долговременные воспоминания. Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Школы физиологии и фармакологии Университета, провела эксперименты с использованием обыкновенной плодовой мухи [Drosophila] для анализа и определения молекулярных механизмов, стоящих за этим переключением. Используя передовые молекулярно-генетические методы, которые позволили им временно подавить память мух, команда смогла идентифицировать ген, называемый CASK, как синаптическую молекулу, регулирующую этот «переключатель памяти».
Доктор Джеймс Ходж, ведущий автор исследования, сказал: "Плодовые мушки замечательно подходят для этого типа исследований, поскольку они обладают схожими нейронными функциями и нейронными реакциями на человека. Несмотря на то, что они маленькие, они очень умны, например, они могут приземлиться на потолок и обнаружить, что фрукт в вашей вазе с фруктами оторвался, прежде чем вы сможете."
"В экспериментах, в ходе которых мы проверяли способность мух к обучению и памяти, с участием двух запахов, представленных мухам, и одного, связанного с легким шоком, мы обнаружили, что около 90 процентов смогли научиться правильному выбору, запомнив, чтобы избежать запаха, связанного с запахом. шок. Пять уроков запаха с наказанием заставили муху не забывать избегать этого запаха от 24 часов до недели, что является долгим сроком для насекомого, которое живет всего пару месяцев."
Локализовав функцию ключевых молекул CASK и CaMKII в области мозга мух, эквивалентной гиппокампу человека, команда обнаружила, что у мух, лишенных этих генов, нарушено формирование памяти. В повторных тестах памяти у тех, у кого отсутствуют эти ключевые гены, было показано, что у них нет способности запоминать через три часа (среднесрочная память) и 24 часа (долговременная память), хотя на их первоначальное обучение или краткосрочную память это не повлияло.
Наконец, команда ввела копию человеческого гена CASK – он на 80 процентов идентичен гену CASK мухи – в геном мухи, у которой полностью отсутствовал собственный ген CASK, и поэтому она обычно не могла запоминать. Исследователи обнаружили, что мухи, у которых была копия гена CASK человека, могли помнить, как обычные мухи дикого типа.
Доктор Ходж из факультета физиологии и фармакологии Университета сказал: "Исследования памяти особенно важны, поскольку они дают нам чувство идентичности, а дефицит обучения и памяти возникает при многих заболеваниях, травмах и в процессе старения".
"Контроль CASK над «переключателем молекулярной памяти» CaMKII, несомненно, является важным шагом в том, как воспоминания записываются в нейроны мозга. Эти результаты не только открывают путь к разработке новых методов лечения, которые обращают вспять эффекты потери памяти, но также доказывают совместимость Drosophila с моделированием этих заболеваний в лаборатории и поиском новых лекарств для лечения этих заболеваний. Кроме того, эта работа дает важное представление о том, как мозг развил свою огромную способность получать и хранить информацию."
Эти результаты ясно демонстрируют, что нейронная функция CASK сохраняется у мух и человека, подтверждая использование Drosophila для понимания функции CASK как в здоровом, так и в больном мозге. Мутации в гене CASK человека были связаны с неврологическими и когнитивными дефектами, включая серьезные трудности в обучении.