Опыт меняет основы формирования памяти

Вы замечали, что если человек хорошо знаком с конкретной задачей, например, приготовлением еды, выучить новый рецепт намного проще по сравнению с теми, кто не держал в руках сковороду? Разобраться, почему так происходит, взялись учёные из Университета Калифорнии. Они обнаружили, что при наличии предыдущего опыта также меняется способ формирования воспоминаний, и опубликовали свою работу в Neuropsychopharmacology.

  

Нейроны, которые входят в уже существующую сеть памяти, окрашены флуоресцентным зеленым.

Credit: Brian Wiltgen/UC Davis


Ученые работают с лабораторными мышами, чтобы изучить клеточные и молекулярные механизмы, лежащие в основе обучения и памяти. В отличие от своих диких собратьев, лабораторные мыши не переживают по поводу хищников, им тепло и сытно. Но у них нет такого же жизненного опыта.

Опыт двух сред

В этом опыте все «крутилось» вокруг NMDA-рецептора в синапсах, который участвует в формировании воспоминаний. Мыши попадали в среду, где они никогда не были раньше, и через несколько минут получили легкий удар током через решетки на полу. В результате они научились бояться нового места. А если рецепторы NMDA в этот момент заблокировать соответствующим препаратом, на следующий день животные не помнили о новом для них опыте страха.

Затем ученые проверили, как будут себя вести мыши, научившиеся страху в предыдущих похожих исследованиях. Когда этих животных обучали в новых условиях, они смогли выработать ответ, даже когда NMDA-рецепторы были заблокированы.

«Опытные животные формируют воспоминания, используя не те механизмы пластичности, которые работают у «наивных» мышей. Даже если они учатся одному и тому же в одинаковых условиях», — объяснил Брайан Вильген (Brian Wiltgen), доцент кафедры психологии, один из авторов работы.

Другими словами, способ формирования новых нейронных связей зависит от их предыдущего опыта. Это явление называют метапластичностью.

Кто реагирует?

Гипотеза ученых заключалась в том, что, если уже существующая нейронная связь была вновь активирована, она могла бы создавать связи по-новому. Они обнаружили, что ранее активированные нейроны возбуждались сильнее, чем их соседи. То есть, когда они стимулировались, у них было больше возможностей для действий — как будто эта сеть была усилена и готова изучить новую информацию.

Чтобы продемонстрировать это, они работали с мышами, у которых ранее активированные нейроны выделялись зеленым флуоресцентным белком или GFP. Когда мышь в эксперименте испытывала страх, в основном активировались именно эти клетки, что указывает на то, что они сформировали новую память. Интересно, что вместо использования NMDA-рецепторов эти нейроны, по-видимому, использовали другой — метаботропный глутаматный рецептор.

«Когда животное узнает что-то совершенно новое, у него активируются рецепторы NMDA, которые усиливают синапсы и образуют новую сеть памяти. Кроме того, активированные клетки становятся более возбудимыми, что позволяет им кодировать дополнительную информацию с использованием другого рецептора», — прокомментировал Вильген.

Результаты исследований помогают понять, как новый опыт связывается с существующими воспоминаниями — то, что животные, а в том числе и люди, делают каждый день. Однако, как признает Вильген, его лабораторные животные по-прежнему очень наивны по сравнению с их дикими родственниками.


Текст: Любовь Пушкарская

Metaplasticity contributes to memory formation in the hippocampus by Ana P. Crestani, Jamie N. Krueger, Eden V. Barragan, Yuki Nakazawa, Sonya E. Nemes, Jorge A. Quillfeldt, John A. Gray & Brian J. Wiltgen in Neuropsychopharmacology

Published May 16 2018.

doi:10.1038/s41386-018-0096-7

Мобильный телефон ухудшает память подростков?

Радиочастотные электромагнитные волны, излучаемые мобильными телефонами, могут оказывать неблагоприятное воздействие на память, сообщают исследователи из Швейцарского института тропиков и общественного здоровья. Их работа была опубликована в журнале Environment International, а коротко об этом сообщает сайт дружественного нам издательства «Эко-Вектор».

Credit: Stockvault.net


Быстрое развитие информационных и коммуникационных технологий сопровождается увеличением воздействия радиочастотных электромагнитных полей. Наиболее важным источником воздействия на мозг становится использование мобильного телефона, поскольку оно связано с его непосредственной близостью к голове.

В настоящем исследовании приняли участие 700 подростков в возрасте от 12 до 17 лет, которые учились в общеобразовательных школах Швейцарии. Результаты работы  показали, что  совокупное воздействие мобильного телефона во время разговора в течение одного года может негативно отразиться на образной памяти подростков, подтверждая результаты, опубликованные в 2015 году. Функция образной памяти обеспечивается преимущественно работой правого полушария, в связи с чем ее нарушения были более выражены у подростков с доминантной правой рукой.

Потенциальное влияние радиочастотных волн на мозг является относительно новой областью научного исследования. Пока неизвестно, каким образом они влияют на нервную систему и насколько актуальны результаты настоящей работы в долгосрочной перспективе. Потенциальные риски для мозга можно свести к минимуму с помощью наушников или громкой связи во время вызова, сообщают авторы работы.

Статья вызывает, на самом деле, достаточно много вопросов (в том числе, и по дизайну эксперимента) – эффекты достаточно слабые, а изменения в памяти могут быть вызваны не только более интенсивным воздействием радиочастот, но и более интенсивным пользованием Интернетом (известный эффект «делегирования памяти» в Сеть) при помощи того же телефона.


Текст: Антон Клещеногов, Алексей Паевский

Memory performance, wireless communication and exposure to radiofrequency electromagnetic fields: A prospective cohort study in adolescents

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 97: ученые смогли переписать память без «вторжения» в мозг

Память о полученном страшном опыте позволяет избавиться от страха. О нейробиологических основах этого явления в журнале Science рассказали швейцарские исследователи. Они выяснили, что поведенческая терапия на основе нейронной сети или энграммы, в которой записан страх, перезаписывает это воспоминание на нейтральное, если во время встречи с триггером не происходило ничего вредящего.

Секция зубчатой извилины гиппокампа. Credit:  Linda Kitabayashi-Henriette van Praag/NeuroArt


Наши собственные страхи доставляют нам множество неудобств и практически не проходят сами по себе, если с ними не бороться. В то или иное время они отравляют жизнь более трети населения планеты В сложных ситуациях жуткие воспоминания перерастают в фобии и посттравматические стрессовые расстройства (ПТСР), которые трудно поддаются лечению. Так, каждый год, по данным статистики, ПТСР появляется у одного процента от общей популяции людей.

Однако, если активировать нейронные ансамбли (энграммы) с записанными неприятными воспоминаниями в безопасных условиях, то страх со временем проходит. На этом эффекте основана когнитивно-поведенческая терапия, которая действительно работает, но ее нейробиологические основы оставались неясными, особенно в отсроченном периоде.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сначала изучили то, какие клетки активизируются, когда записывается страшное воспоминание. Они вводили мышам вирусный вектор, который доставлял в клетки мозга гены флуоресцентных белков и встраивал их в ДНК, а затем наблюдали за формированием нейронного «рисунка» воспоминания в зубчатой извилине гиппокампа (часть мозга, ответственная за память), когда мышь помещали в бокс и воздействовали слабым током на ее лапы.

С помощью этих манипуляций (называющихся engram-tagging) они выяснили, в каких конкретно клетках записалась память о стрессовом опыте, и когда даже через месяц помещали животное в тот же самый бокс, наблюдали реакцию страха (отсутствие движения, прижатые к голове уши) и активацию этой энграммы. Но если действие повторялось, то через несколько дней животное переставало реагировать на бокс настороженно, однако, энграмма при этом все еще оставалась активной.

С помощью хемогенетики (сконструированный рецептор, активирующийся исключительно сконструированным лекарством, DREADD) исследователи пытались выключить эту энграмму и выяснили, что в этом случае животные хуже отучались бояться, нежели в контрольной группе. Однако, если энграмма искусственным образом активизировалась, то реакция страха проходила у мышей быстрее.

Авторы считают, что поведенческая терапия работает по тем же самым механизмам. В контролируемых условиях кабинета врача на пациента воздействуют триггерами его страха – показывают фотографии, видео или дают послушать шум, но на этом все и заканчивается. И получается, что память перезаписывается наподобие диска DVD-RW, «сохраняя» на основе нейронной сети страшного воспоминания новое – безопасное.


Текст: Анна Хоружая

Reactivation of recall-induced neurons contributes to remote fear memory attenuation by Ossama Khalaf, Siegfried Resch, Lucie Dixsaut, Victoire Gorden, Liliane Glauser, Johannes Gräff in Science. Published Junе 2018.

DOI: 10.1126/science.aas9875

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 94. Как мозг строит карты и запоминает их

Для того, чтобы запомнить какой-либо маршрут, мы обычно ищем некие ориентиры, запоминаем их и отталкиваемся в планировании дальнейшего маршрута от их расположения. Исследователи из Германии показали, что происходит в это время с мозгом, а точнее – с гиппокампом, ведь именно он берет на себя основную функцию пространственной памяти. Результаты работы ученые опубликовали в  Nature.

Схема эксперимента: мышка с двухфотонным микроскопом, «смотрящим» в прорубленное в гиппокамп окно, сферическая беговая дорожка и экраны виртуальной реальности. Credit: Hainmueller


Оказывается, не только человек мысленно привязывается к ориентирам, но и сами гиппокампальные нейроны. Мы знаем, что любое воспоминание закодировано в межнейронных связях – синапсах, но до сих пор слабо представляем алгоритм их образования. Для того, чтобы выяснить, как образуются энграммы (функциональные нейронные группы, отвечающие за память), исследователям потребовалась лабораторная мышь и некоторые навыки из области молекулярной биологии.

В нейроны гиппокампа мышки пришлось при помощи аденоассоциированного вируса встроить специальные белки, которые светятся из-за повышения внутриклеточной концентрации кальция (а это – прямое свидетельство активации нейрона). Таким образом, ученые могли в режиме реального времени посредством специального микроскопа следить за тем, какие нейроны когда активируются и как они влияют на соседние. То есть, воочию увидеть процесс образования и использования энграмм. Правда, для этого несчастной мышке в буквальном смысле «прорубали» окно для двухфотонного микроскопа в гиппокамп.

После модификации мозга, мышке предлагалось пройти по лабиринту: да не по простому, а по виртуальному. Она сидела на сфере с жестко зафиксированной головой, где могла имитировать движения и повороты, а на экране был изображен сам лабиринт. Пройти его она должна была определенным образом, поэтому за «правильные» повороты животное получали лакомство. Запомнила мышь все нужные повороты довольно быстро и скоро уже без труда проходила лабиринт от начала до конца с одной попытки. Пока она была занята ориентацией на местности, ученые не могли оторваться от наблюдения за ее гиппокампом, а точнее – за зонами CA1 и CA3 в гиппокампе.

В результате они собрали достаточное количество данных, проанализировали их, и вот что выяснил: отдельные нейроны отвечают за конкретные отдельные ориентиры (впрочем, это было известно еще раньше – именно за открытие «клеток места» и других систем навигации в гиппокампе была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014 года Джону О`Кифу и супругам Мозерам). По мере движения между нейронами по цепочке образуются новые и новые связи, в результате чего в гиппокампе создается мини-карта местности. При повторном прохождении маршрута, нейроны активируются в том же порядке и связи между ними укрепляются. Таким образом и запоминается расположение ориентиров и порядок действий при встрече с ними.

В дальнейшем, через пару дней, начнет происходить консолидация памяти – её перевод из краткосрочной в долгосрочную, из гиппокампа в кору («выходящие» пути расположены в зоне CA1). Но это уже совсем другая история…

Кстати, почти два года назад, мы уже публиковали работу исследователей из Франции, которые тоже в прямом эфире смогли наблюдать, как мышка запоминает пройденный путь. В этом тексте, кстати, можно подробно прочитать про то, как делается окно в гиппокамп.


Текст: Дарья Тюльганова

Parallel emergence of stable and dynamic memory engrams in the hippocampus

Thomas Hainmueller & Marlene Bartos

Nature, 2018

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Животные способны вспоминать прошлое

Американские учёные из Индианского университета в Блумингтоне установили, что животные способны помнить последовательность тех или иных событий и при необходимости вызывать эту последовательность в памяти. Это открытие можно будет использовать для разработки более эффективных препаратов против болезни Альцгеймера. Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.

Credit: public domain


«Память животных интересует нас не столько в плане их лучшего понимания, сколько в плане разработки новых моделей памяти, отражающих проблемы с ней у людей при различных заболеваниях, например, болезни Альцгеймера», – поясняет профессор Джонатон Кристал (Jonathon D. Crystal), один из авторов исследования.

Сейчас большинство доклинических исследований новых препаратов от этого заболевания посвящены тому, как эти лекарства влияют на пространственную память – тип памяти, с которым проще всего работать у животных. Но не тот, нарушения которого наиболее осложняют жизнь.

«Если ваша бабушка страдает от болезни Альцгеймера, самое печальное – что она не может вспомнить, что вы рассказывали ей о своей жизни, когда виделись с ней в прошлый раз, – отмечает другой автор исследования Даниэль Паноз-Браун. – Нас интересует эпизодическая память и умение проигрывать в голове прошлые события, потому что эта способность ухудшается при болезни Альцгеймера и с годами в целом».

Эпизодическая память – это способность вспоминать события в контексте места и времени. Например, если кто-то не может найти ключи, он может вызвать в памяти один-единственный эпизод – события, произошедшие после того, как он забрал ключи из машины, и таким образом восстановить картину. Люди не могли бы понять ничего из того, что происходит вокруг, если бы были не в состоянии вспомнить порядок событий.

Чтобы изучить способность животных проигрывать прошлые события, исследователи использовали 13 крыс, которых они обучили распознавать до 12 запахов. Исследователи помещали крыс на специальную «арену» и, если животные определяли представленные на арене запахи в определённом порядке, они получали вознаграждение.

Ученые меняли количество запахов в списке, чтобы убедиться, что крысы помнят не только сами запахи, но и их последовательность. Грызуны справились в 87 процентах случаев. Так исследователям удалось установить, что животные действительно способны вызывать в памяти воспоминания о порядке запахов. Кроме того, удерживать эту информацию в голове они могли достаточно долго.

Нужная информация у крыс хранилась в гиппокампе (что, в общем-то неудивительно, так как это основная область мозга, благодаря которой формируются воспоминания). Исследователи установили это, подавив его активность с помощью специальных препаратов.

Вопрос о том, как протестировать возможность крыс вызывать в памяти цепочку событий, стал актуальным тогда, когда учёные смогли с помощью генной инженерии создавать крыс с изменениями мозга, напоминающими болезнь Альцгеймера.

«Мы пытаемся раздвинуть рамки животных моделей памяти, чтобы они были максимально приближены к тому, как работает память человека. Если мы хотим справиться с болезнью Альцгеймера, мы должны быть уверены, что мы пытаемся защитить нужный тип памяти», – поясняют учёные.


Текст: Алла Салькова

Replay of Episodic Memories in the Rat by Danielle Panoz-Brown, Vishakh Iyer, Lawrence M. Carey, Christina M. Sluka, Gabriela Rajic, Jesse Kestenman, Meredith Gentry, Sydney Brotheridge, Isaac Somekh, Hannah E. Corbin, Kjersten G. Tucker, Bianca Almeida, Severine B. Hex, Krysten D. Garcia, Andrea G. Hohmann, Jonathon D. Crystal in Current Biology. Volume 28, Issue 10, p1628–1634. May 2018

https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.04.006

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Разница в нарушениях памяти предскажет возможную болезнь Альцгеймера

Снижение какой памяти может стать признаком болезни Альцгеймера? Ответ на этот вопрос стали искать исследователи из Университета Калифорнии в Дэвисе и обнаружили, что с помощью высокоразрешающей функциональной магнитно-резонансной томографии получается развести возрастные проблемы с памятью и те, которые можно связать с дегенеративным заболеванием. О своих результатах ученые рассказалив журнале Neuron.

Два типа задач на то, чтобы обнаружить нарушения в объектной и пространственной памяти.Credit: Michael A. Yassa et al. / Neuron


Болезнь Альцгеймера начинается очень незаметно – сначала человек забыл, куда он положил ключи, затем потерял любимую кружку, оставив ее в обычно месте, затем начал с трудом припоминать, как вернуться из магазина в трех кварталах от дома. То есть, в основном, первой начинает страдать пространственная память.

Сейчас наука пока не умеет это заболевание лечить, но созданы методы его диагностики, в том числе и ранние. Так как основной поражающий нервные клетки и накапливающийся в мозге при недуге белок – это бета-амилоид, то его ищут в кровиопределяют его накопления в мозге при позитронно-эмиссионной томографии, даже создают радиофармпрепараты, которые способны зарегистрировать поражение специфических нервных клеток.

Но все эти методы – либо слишком дорогие, либо не такие точные, как бы хотелось. Калифорнийские ученые решили немного изменить подход: воспользоваться методом, позволяющим визуализировать функциональную активность различных областей мозга (фМРТ), чтобы найти, какая область мозга отвечает за воспоминание о пространственном расположении какого-либо объекта, и определить, как она должна активироваться в норме. Исследователи подразумевают, что потом эти данные можно будет сравнивать с картиной, которая наблюдается у людей с характерными нарушениями памяти.

Мы уже показывали картинку дня об этой статье, теперь решили рассмотреть подробности. В работу исследователи включили 20 молодых (от 18 до 31 года) и столько же пожилых когнитивно сохранных добровольцев (от 64 до 89 лет). Им предлагалось во время сеансов функциональной МРТ выполнять два вида задач на память: объектную и пространственную.

В первой категории тестов демонстрировался ряд изображений, после чего в следующем ряде нужно было указать, какой объект люди уже видели, а какой показывается в первый раз. Чтобы усложнить задачу, ученые создали уловки – например, показывали тот же объект, который был сначала, но перекрашенный, либо измененный по размеру. Это упражнение помогло выяснить, что пожилые здоровые люди путаются в этих уловках гораздо чаще, чем их молодые «коллеги» по эксперименту.

Вторая категория тестов направлялась на визуализацию пространственной памяти. Здесь демонстрировались две серии фотографий, и во второй серии объекты располагались либо в том же месте, либо были смещены. Взрослые добровольцы определяли это смещение гораздо лучше, чем изменение качественных характеристик фотографий. Это дало основание предположить, что объектная память более уязвима при возрастных изменениях мозга, нежели пространственная, однако, именно пространственная нарушается первой при болезни Альцгеймера.

alEC – переднелатеральная часть энторинальной коры, ухудшение сигнала в которой связано с объектной «забывчивостью», pmEC –заднемедиальная часть энторинальной коры, связанная с пространственной памятью. Credit: Michael A. Yassa et al. / Neuron


Этот эксперимент позволил также установить, где именно в мозге происходят «неполадки». Сложности с запоминанием свойств объекта связаны с ухудшением кровотока в переднелатеральном отделе энтринальной коры – связующего отдела между гиппокампом, где формируется первичное воспоминание, и участком коры большого мозга, куда это воспоминание переходит на длительное хранение. А энторинальная кора – именно та область, которая поражается при «альцгеймере».

Тем не менее, у здоровых возрастных добровольцев не нарушался кровоток в заднемедиальных отделах энторинальной коры, который как раз отвечает за пространственную память. То есть процесс старения мозговых тканей довольно избирателен.

Следующий этап работы ученых – набрать бОльшую группу людей в возрасте, как когнитивно сохранных, так и с нарушениями памяти, и посмотреть, насколько проявятся найденными ими различия. Также они планируют проводить участникам ПЭТ со специальной меткой, которая точно покажет, накапливается ли в мозге каждого бета-амилоид, и если накапливается – где именно.

Ну а для профилактики забывчивости есть отличное природное средство – куркумин, который, как показали, может сохранить вашу память ясной вплоть до пожилого возраста. И даже в некоторой степени защитить от болезни Альцгеймера.


Текст: Анна Хоружая

Functional Imbalance of Anterolateral Entorhinal Cortex and Hippocampal Dentate/CA3 Underlies Age-Related Object Pattern Separation DeficitsbyZachariah M. Reagh, Jessica A. Noche, Nicholas J. Tustison, Derek Delisle, Elizabeth A. Murray, Michael A. Yassa in Neuron. Published March 2018.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.01.039

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

 

Картинка дня: чем старый мозг забывает?

Credit: Zachariah Reagh

На этих изображениях функциональной магнитнорезонансной томографии показано различие между мозгом молодого и старого человека: небольшой участок серого вещества, переднелатеральная энторинальная кора, демонстрирующая повышенную активность в молодом мозге, отсутствующую в старом. Подробности исследования, опубликованного в марте в Neuron, читайте в ближайшие дни на нашем портале.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

Нейронауки в Science и Nature, выпуск 91. Окно в гиппокамп позволило увидеть, как мозг запоминает пройденный путь

Учёные из Средиземноморского института нейробиологии, входящего во французский Институт исследовательской медицины (INSERM) совершили очень интересное открытие. Судя по всему, им удалось воочию увидеть, как мозг запоминает пройденный путь. Открытие опубликовано  в журнале Science в рубрике Brain Microcircuits.

Гиппокамп, окрашенный по методу Brainbow


Для вышеописанных целей команда во главе с Арно Мальвашем (Arnaud Malvache) cоздали мышей, в нейроны гиппокампа которых был встроен ген жёлтого флуоресцентного белка. Когда нейроны активировались, они вспыхивали, как огоньки гирлянды. Всё это наблюдалось при помощи двухфотонного микроскопа через стеклянное «окошко» в гиппокамп. Эта методика подробно описана  в статье, вышедшей в журнале Neuron в 2007 году.

Схема эксперимента из статьи 2007 года


Мыши, «подготовленные» к эксперименту подобным образом, шли по немоторизированной беговой дорожке в полной темноте. По мере продвижения, нейроны в области CA1 их гиппокампа вспыхивали по очереди, отмеряя пройденный путь.

Когда же мышь отдыхала после «пробежки», в ее гиппокампе снова вспыхнули эти самые нейроны, которые «работали» во время бега, однако в данном случае вся «гирлянда» зажглась одновременно и более активно, чем во время бега. Как предполагают учёные, им впервые удалось увидеть, как работают нейрональные блоки памяти, формируя воспоминания (в данном случае – о пройденном пути).


Текст: Алексей Паевский

PS Особенно приятно было прочитать приписку в статье:

«We are indebted to J. Epsztein, R. Khazipov, P. P. Lenck-Santini, D. Robbe, and the team members for helpful comments on the manuscript», ведь Рустем Хазипов работает не только в Марселе, но и создал прекрасную нейробиологическую лабораторию в Казани, с которой мы активно сотрудничаем.

Awake hippocampal reactivations project onto orthogonal neuronal assemblies
Arnaud Malvache, Susanne Reichinnek, Vincent Villette, Caroline Haimerl, Rosa Cossart
Science
Doi: 10.1126/science.aaf3319

Новые тормоза нейронов помогут справиться с аутизмом и эпилепсией

В истории нейронаук хорошо известен спор между заклятыми соперниками Сантьяго Рамон-и-Кахалем и Камилло Гольджи о том, как соединяются нервные клетки. Гольджи считал, что нейроны плавно перетекают один в другой и не имеют «мест соединений», Кахаль – что такие места есть. Оба остались при своём мнении, даже получив Нобелевскую премию. Рассудил всех Чарльз Шеррингтон, который и придумал слово «синапс» – место соединения нейронов. Именно через них передаётся сигнал от одной нервной клетки к другой – посредством небольших молекул-нейромедиаторов, выбрасывающихся из пресинаптической мембраны и соединяющихся с белками-рецепторами мембраны постсинаптической.

Синапсы классифицируют по-разному. Один из главных вариантов – классификация по знаку действия. Синапсы бывают возбуждающие и тормозные. Тормозной синапс не позволяет нейрону быть всё время возбуждённым.

До недавнего времени считалось, что белки-рецепторы тормозных синапсов гораздо проще и беднее возбуждающих. Однако исследование, проведенное учёными из Университета Дьюка и опубликованное в Science, пополнило «коллекцию» «тормозных белков» на целых 140 молекул!

Поскольку явление возбуждающих и тормозных синапсов было открыто еще в 1959 году Эдвардом Греем, авторы исследования 2016 года, Скотт Содерлинг и Акийоши Уезу приводят метафору сейфа, где эти белки находились полвека, никак не связываемые наукой с тормозными синапсами.

Soderling_storm1_0

На иллюстрации: пик аномальной эпилептической активности мозга в гиппокампе при нехватке синаптического белка InSyn1. Credit: Akiyoshi Uezu, Dan Kanak and Scott Soderling

Уезу и Содерлинг использовали новый метод «извлечения» белков из нейронов, который получил название BioID. Он использует бактериальный фермент, чтобы «поймать на крючок» близлежащий белок (абсолютно любой) в живой мыши, а затем этот комплекс извлекается из тканей и изучается доступными методами для определения структуры белка.

Когда Уезу получил список новых белков тормозящего синапса, оба исследователя «чуть не повыпадали из кресел», по выражению Содерлинга.

Оказалось, что гены некоторых белков уже были замечены в связях с эпилепсией, 27 белков участвуют в широкой ассоциации с заболеваниями аутистического спектра, а гены двух белков вообще не имели пока своей роли в организме. Авторы дали этим белкам названия InSyn1 и InSyn2. Уже показано, что при истощении уровня InSyn1 в некоторых нейронах оставляет ткани гиппокампа перевозбуждёнными и вызывает эпилептическую активность мозга.

Новое открытие открывает сразу несколько путей для медикаментозного лечения аутистических заболеваний и эпилепсии, а также позволяет начать серьёзное исследование роли тормозящих синапсов в формировании долговременной памяти: их роль в этом процессе изучена гораздо менее роли возбуждающих синапсов.

#эпилепсия
#синапсы
#аутизм
#память

Текст: Алексей Паевский

Akiyoshi Uezu, Daniel J. Kanak, Tyler W.A. Bradshaw, Erik J. Soderblom, Christina M. Catavero, Alain C. Burette, Richard J. Weinberg, and Scott H. Soderling.

Identification of an Elaborate Complex Mediating Postsynaptic Inhibition.
Science, September 2016 DOI: 10.1126/science.aag0821