Раскрыт молекулярный механизм долговременной памяти

В основе долговременной памяти лежит способность нейронов поддерживать длительный контакт между собой. Оказалось, что формирование последнего происходит за счёт актинового цитоскелета, который обеспечивает прочность нейронного контакта в ответ на короткий нервный импульс.

Учёные убеждены, что в основе долговременной памяти у человека лежит явление так называемой долговременной потенциации. Суть её — в длительном соединении между нейронами, которое сохраняется даже после того, как электрический импульс сошёл на нет. Если же сигнал опять пойдёт по этому пути, его проведение осуществится быстрее и лучше, поскольку нейронные «провода» сохранили контакт.

При этом до сих пор не было ясно, как именно устанавливается этот контакт.

Исследователи из Медицинского центра Университета Дьюка (США) описали биохимическую сигнальную цепь, которая позволяет нейронам на основе короткого (до 10 минут) сигнала создавать между собой долговременные соединения. Ответственными за долгую память оказались сигнальные белки, контролирующие состояние актинового цитоскелета нейронов. Именно актин создаёт тот «столб» для электрической линии, который не даёт этим нейронным «проводам» провиснуть и порваться.

Рис. 1. Формирование долговременной потенциации в нейрональных синапсах, наблюдаемое по активности белка Cdc42; красным выделена максимальная активность, синим — минимальная. (Фото авторов исследования).

Долговременная потенциация включается сильным потоком ионов кальция в синапс. Исследователям удалось зафиксировать, как именно короткий кальциевый сигнал, длящийся 0,1 с, обеспечивает прочные изменения в структуре синапса. Для этого учёные использовали особый метод микроскопии, разработанный в их же лаборатории: технология позволяет следить за молекулярными перестройками в индивидуальном синапсе при формировании прочного соединения между клетками.

Оказалось, что ионы кальция включают одну из кальций/кальмодулин-зависимых киназ (СаМ-киназ), которая называется СаМКII. Киназы — ферменты, которые могут влиять на активность других белков, пришивая или снимая с них фосфаты. Киназа СаМКII активирует два других белка, Rho и Cdc42, которые непосредственно отвечают за состояние актинового цитоскелета, его форму и перестройки. О деталях молекулярных механизмов долговременной потенциации можно прочесть в статье, опубликованной в журнале Nature.

Hideji Murakoshi, Hong Wang & Ryohei Yasuda Local, persistent activation of Rho GTPases during plasticity of single dendritic spines. – Nature (2011) doi:10.1038/nature09823 Published online 20 March 2011.

Действие киназы и белков-регуляторов цитоскелета происходит гораздо дольше, чем пусковой кальциевый сигнал. Именно длительная биохимическая реакция помогает сформировать «долгоживущий» синапс, за счёт которого мы можем учиться и запоминать. Следует также отметить, что такие болезни, как слабоумие и синдром Альцгеймера, сопровождаются как раз расстройствами биохимии Rho- и Cdc42-сигналов. Иначе говоря, результаты исследований помогут не только понять механизмы долговременной памяти, но и наметить пути лечения тяжёлых неврологических заболеваний.

Источник