Открытие, сделанное исследовательской группой под руководством Рёхей Ясуда из Института нейробиологии им. Макса Планка во Флориде, значительно продвинуло базовое понимание биохимических механизмов, связанных с формированием воспоминаний.
Удивительные результаты исследования команды были опубликованы в ноябре. 29 выпусков исследовательского журнала Science.
Исследование было сосредоточено на связи между синапсами и ядром нейрона, в частности на механизмах, с помощью которых сигналы, инициированные в синапсах, передаются в ядро, чтобы вызвать химические изменения.
Как это связано с формированием памяти, можно лучше понять с некоторой предысторией.
Более века назад ученые в целом признали, что количество нейронов в мозге взрослого человека с возрастом существенно не увеличивается. Это дало нейробиологам веские основания полагать, что воспоминания формируются не в результате производства новых нейронов, а, скорее, в результате усиления связей между существующими нейронами для повышения эффективности их коммуникации.
Считается, что сила двух связанных нейронных путей приводит к хранению информации. Этот процесс усиления синапсов известен как долговременная потенциация (ДП).
LTP – одно из нескольких явлений, лежащих в основе синаптической пластичности, способности химических синапсов изменять свою силу. Считается, что воспоминания создаются или кодируются модификациями синаптической силы. Известно, что LTP и формирование памяти требует транскрипции гена в ядре клетки.
Команда Ясуда изучала поведение белков, участвующих в синаптической пластичности дендритных шипов – маленьких щетинок на поверхности нейронов, которые получают синаптические сигналы. На дендритных ветвях каждого нейрона примерно 10000 шипов (и примерно 100 миллиардов нейронов во взрослом мозге).
Самым удивительным и неожиданным открытием его команды, по его словам, было то, что индукции LTP всего в трех из этих шипов было достаточно, чтобы оказать сильное влияние на активность белков, контролирующих транскрипцию генов в ядре клетки. Команда также обнаружила, что эти шипы должны быть распределены по крайней мере по двум дендритным ветвям, чтобы этот процесс запускался. Интересно, что эффективность транскрипции генов была выше с более географически распределенным рисунком шипов.
Авторы научного отчета Шэнью Чжай, Юджин Д. Арк, Паула Парра-Буэно и Ясуда. Чжай и Арк работают в отделении нейробиологии Медицинского центра Университета Дьюка.
Ясуда сказал, что этот исследовательский проект продолжается четыре года. Это началось, когда он также был в Duke, и было завершено после того, как он пришел к Максу Планку. "Исходные данные и наш неожиданный результат, полученный в результате почти первого эксперимента," он сказал. "Но нам потребовалось почти четыре года, чтобы подтвердить результаты и понять задействованные механизмы."
По его словам, ключом к успеху исследования являются достижения в области технологий обработки изображений. Некоторые из этих достижений, включая технологию визуализации и записи биохимических реакций во время синаптического усиления, были разработаны Ясуда и его группой. "С помощью нашей технологии визуализации мы можем напрямую отслеживать активность белков," он сказал. "Это очень мощно."
Ясуда сказал, что отсюда его надежда "… Чтобы лучше понять внутриклеточную связь от шипов к ядру. Мы также хотим выяснить, как сообщение, созданное в ядре, может, в свою очередь, повлиять на шипы."
Ожидается, что раскрытие этого сигнального пути приведет к клиническим применениям и внесет вклад, например, в наше понимание того, как изменения LTP могут влиять на ряд неврологических заболеваний, включая болезнь Паркинсона, эпилепсию и болезнь Альцгеймера. "Понимание механизмов того, как это работает," Ясуда сказал, "должны дать нам представление о новых методах лечения этих заболеваний."