Опромінення та гени мозку 06.10.2015

Коли говорять про молекулярні процеси, що забезпечують запис інформації в мозок, зазвичай мають на увазі, що в нервових клітинах посилюється активність деяких генів. Відомо, що при формуванні пам'яті встановлюються нові зв'язки між нейронами, з'являються нові синапси, завдяки чому складаються додаткові нейронні ланцюжки – матеріальна база пам'яті. Щоб синапс з'явився, потрібно, щоб з'явилися спеціальні білки, тому сам собою напрошується висновок, що і гени повинні працювати активніше - це підтверджено численними експериментами.

Проте все може бути і навпаки: дослідники із Сеульського національного університету виявили, що в мишачому гіпокампі, одному з головних мозкових центрів пам'яті, при записі пам'яті відбувається загасання генетичної активності. Нейробіологи виробляли у тварин звичку боятися певного оточення: коли миша опинялася у спеціальній клітині, її били струмом; потім, коли вона знову потрапляла до цієї клітини, страх "включався" вже сам, без жодних стимулів - іншими словами, спрацьовували механізми запам'ятовування та навчання.

Щоб дізнатися, що відбувалося в молекулярній кухні мозку, у тварин аналізували набір та кількість РНК у клітинах гіпокампу, причому не просто РНК, а саме тих, що були залучені у виробництво білка, на яких сиділи білок-синтезуючі машини – рибосоми. І молекули аналізували не взагалі після того, як миша запам'ятала, чого потрібно боятися, а через 5, 10, 30 хвилин і за чотири години після "сеансів страху" - такий експеримент дозволяв побачити динаміку молекулярних змін.

Активність гена можна оцінити за двома процесами, по транскрипції та трансляції. На першому етапі на етапі транскрипції з ДНК знімається РНК-копія, відповідно, на активних генах РНК синтезується більше, на неактивних - менше. На другому етапі, етапі трансляції, на РНК синтезуються молекули білка: на активних РНК синтезується більше білка, на неактивних – менше (тобто тут, строго кажучи, мають на увазі активність РНК). Вченим вдалося "зловити" 104 гени, чия активність у різних часових точках варіювала досить сильно на рівні транскрипції або трансляції. Протягом перших 10 хвилин синтез нових РНК на генах залишався незмінним, їх не ставало ні більше, ні менше (тобто інтенсивність транскрипції не змінювалася), чого не можна було сказати про трансляцію, тобто про синтез білкових молекул на РНК - тут зміни настали негайно . (Що не дивно: синтез білка більш оперативно, ніж синтез РНК, реагує на умови середовища і потреби клітини.) Взагалі ж транскрипція наздоганяла трансляцію на 30 хвилині після сеансу навчання.

Головним сюрпризом було те, у чому саме полягали зміни: активність багатьох генів падала. Вже через п'ять хвилин уповільнювався темп синтезу білків, що кодуються більш ніж половиною генів - з тих, яких торкнулися зміни. Через півгодини замовкали 31 вид РНК з 42, через чотири години трансляція зупинялася у 48 з 55. Гальмування було стабільним, тому ті РНК, на яких синтез білка припинився через півгодини, продовжували мовчати і далі.

Автори роботи відзначають, що активність більш ніж половини таких генів залежала від молекули, званого альфа-рецептором естрогену ESR1: чим менше синтезувалося, тим менше було всіх інших. Якщо ж рівень ESR1 штучно підвищували, це відповідним чином позначалося як на динаміці інших молекул, так і на здатності мишей запам'ятовувати, чого слід боятися. Схожий ефект був і з геном Nrsn1: якщо синтез білка на РНК гена Nrsn1 стимулювали, тварини гірше навчалися. Тобто дослідники не просто виявили якийсь дивний молекулярний ефект, а й співвіднесли його з когнітивними змінами.

Чому для формування пам'яті потрібно відключити синтез досить великої кількості білків, поки ніхто не знає, проте сам факт настільки примітний, що, очевидно, біологи зроблять все, щоб якнайшвидше дізнатися про функції цих генів. За однією з версій, їхня робота полягає в тому, щоб не давати мозку запам'ятовувати абсолютно все, іншими словами, вони відіграють роль запобіжника, який захищає нас від інформаційного навантаження. І коли виникає потреба справді щось запам'ятати, такі гени потрібно відключити.