Молекулата, която ограничава работата на мозъка

Канадски и американски неврофизиолози откриха в мозъка на мишки малката хормонална молекула FXR1P – тя дирижира количеството информация, която можем да запомним наведнъж.

Молекулата блокира събирането на специални белтъци, необходими за закрепване на спомените в нервните клетки.

Ако нейната работа се потисне, то мозъкът започва за запомня повече информация и я усвоява значително по-бързо, отколкото в нормално състояние. 

Благодарение на бързото развитие на неврофизиологията в последните няколко десетилетия днес учените много добре осъзнават, че мозъкът на човека и всички други животни представлява не само свръхсложна електрическа, но и химическа машина.

Всяко действие, предаване на сигнали между нервните клетки, тяхното „включване“ и „изключване“, формиране и извличане на спомени и прочие операции се съпровождат с отделяне, поглъщане на различни белтъчни молекули и хормони, променящи работата на невроните.

Дребни „аварии“ в тази машина, предизвикани от външни фактори, като например алкохол, наркотици или вътрешни причини (нарушения в работата на гените), често водят до много сериозни проблеми в работата на паметта и загуба на способност за ясно мислене.

Днес учените смятат, че болестта на Алцхаймер, свързаната с нея неспособност да се запомня нова информация или да се извадят спомени от паметта възникват в резултат на нарушение в събирането на молекулите на белтъка АРР, който помага на невроните да формират нови връзки с други нервни клетки.

Кевин Мурай от университета Макгил, колегите му по лаборатория и няколко неврофизиолози от САЩ и Италия, образно казано, се опитали да разглобят тази машина на части, наблюдавайки как изчезването на един или няколко подобни белтъка влияе на паметта и когнитивните способности на мишките.

Най-много учените се интересували от белтъка и свързания с него едноименен ген FXR1P, който по структура напомня гена FMR1 – неговото увреждане води до развиване на синдром на чупливата Х хромозома – наследствено заболяване, чиято главна черта е умствена изостаналост, неспособност да се запомня нова информация, тежки форми на аутизъм и недоразвитост на речта.

Както отбелязват Мурай и колегите му, функциите на гена FXR1P и неговата роля в работата на човешката памет оставали неизвестни за науката – за изучаването му пречи това, че въпросният ДНК участък е критично важен за растежа на зародиша на бозайниците и неговата модификация или отстраняване от генома води до фатални последствия.

Авторите на откритието успели да заобиколят този проблем, като отстранили FXR1P само в част от мозъка при някои възрастни мишки, като имплантирали в техния геном специалния бактериален ген Cre, който позволява да се изрежат от ДНК участъците, отбелязани с уникална комбинация от няколко генетични „букви“ нуклеотиди. Тази система работи изключително избирателно, което позволило на учените да отстранят FXR1P само в клетките на хипокампа – специална част от нервната система, където се съхраняват и обработват спомените.

След като мишките се възстановили, учените провели редица тестове, в които се опитали да оценят доколко са се изменили когнитивните им способности, тяхната памет и поведение. Како цяло гризачите се държали абсолютно по същия начин, както събратята им от контролната група – те еднакво силно реагирали на страх, толкова бързо (или бавно) търсели пътя към хранилката в непозната им клетка.

Ситуацията се изменила кардинално, когато неврофизиолозите преминали към проверка на паметта на мишките. Животните с отстранен FXR1P доста по-бързо запомняли изхода от тъмен лабиринт, пълен с вода, и по-дълго помнели неговото разположение.

Средно те губели с една четвърт по-малко време за бягство от „затвора“, което говори за забележително подобряване на способностите им да запомнят информация за продължителен срок.

Но не всички изменения били позитивни. Отстраняването на гена направило паметта на мишките прекалено устойчива и те с голям труд се справяли в ситуации, когато изходът от лабиринта периодично променял своето положение – те упорито го търсели в точката, където се намирал по-рано.

Това откритие заинтригувало учените и те се опитали да открият химичната причина за укрепването на паметта на мишките. За тази цел изследователите сравнили клетките от хипокампа им с начина, по който работят невроните в мозъка на обикновени мишки.

Това, което видели, изключително учудило Мурай и колегите му. Оказало се, че FXR1P не просто влияе на работата на паметта, но всъщност се явява белтък „диригент“, който управлява работата на всички останали сигнални молекули и хормони, задействани във формирането на новите спомени.

Според учените FXR1P се явява своеобразна неврофизиологична „спирачка“, която потиска работата на гените, отговорни за събирането на белтъците на паметта, в случаите когато тяхната концентрация в невроните превишава даден предел.

При изключване на FXR1P тези ограничения изчезват, което позволява на нервните клетки да формират практически безкрайно количество връзки с други неврони. Това обяснява защо паметта при мишките се е подобрила и защо те изключително бавно променяли „мнение“.

„Перспективите на това откритие изглеждат изключително интересни. Ако успеем да намерим начини да контролираме тази „спирачка“, то ще можем гъвкаво да управляваме активността и пластичността (способността на невроните да формират нови връзки – бел. ред.) на мозъка.

Така, ако говорим за аутизъм, то ще можем да се борим с него, понижавайки активността на мозъка в определени негови региони. Ако става дума за Алцхаймер, то обратното – следва да я повишим.

Манипулирайки нивата на FXR1P, постепенно ще се научим да управляваме това как протичат формирането и четенето на спомени, което ще ни позволи да облекчим живота на всички хора, страдащи от мозъчни болести“, заключава Мурай.

Резултатите от изследването може да се видят в съобщение на университета Макгил, Канада.