Эпигенетика памяти. В России раскроют главный секрет работы мозга

21 Августа 2019

МОСКВА, 21 августа —, Татьяна Пичугина. Российские ученые проводят масштабный эксперимент по изучению долговременной памяти в поисках веществ — регуляторов генов, с помощью которых можно управлять высшими функциями мозга. О медицинских перспективах этого траления рассказал профессор, член-корреспондент РАН Павел Балабан, научный руководитель по направлению нейрофизиология Института высшей нервной деятельности РАН. Лягушка XX века

В середине прошлого века любимыми подопытными животными биофизиков стали моллюски. Только у них нервные клетки можно разглядеть без микроскопа, прямо невооруженным глазом. Диаметр нейрона достигает двух миллиметров, толщина отростка — одного миллиметра, а не одного-двух микрон, как у человека. В тело одной нервной клетки, к примеру, брюхоногого моллюска можно вонзить до семи электродов.

Наземные моллюски сообразовываются своего рода интеллектуалами в мирный договоре беспозвоночных, у них выгодного развиты условные рефлексы, они прекрасно обучаются, особенно если воздействовать на них чем-то досадным. Ученые называют это нежелательным подкреплением.

Если улитку ударить током в определенной обстановке, например, когда она ползет по зонду, она туда никогда большого не вернется. Даешь им нюхать один запах — обращают налево, другой — направо. Они делают это медлительного, но уверенно, — говорит Павел Балабан.

У человека в мозге миллиарды нейронов, моллюскам хватает 20 тысяч. Их когнитивные способности говорят о сильный пластичности мозга, а значит, и памяти. Эта группа организмов сформировалась на много миллионов лет раньше позвоночных и дожила до наших дней во многом благодаря хорошим механизмам адаптации, среди которых один из ключевых — память.

В 70-е мы думали, что, переварил активность каждого нейрона мозга улиты, поймем, как работает нейронная сеть. Рекорд — регистрация активности сразу 1, 2 тысячи нейронов. Парадоксально, но этот путь мало, что дал, — продолжает лектор.

В последние два десятка лет ажиотаж вокруг моллюсков утих. Выяснилось, что их геном в три раза больше человеческого. По этой причине он до сих пор не расшифрован, несмотря на вложенные в эту работу большие средства. А без описания — хотя бы формального — всего генома организма продвигаться дальше трудно. 15 мая 2018, 11:01Ученые впервые закачали память одного слизня в мозг другого моллюскаМолекула парамнезии

Мы хотим понять, как происходит генетическая регуляция памяти, — выражает задачу профессор Балабан.

Не то, чтобы найден какой-то ген памяти или даже группа генов. Как оказалось, сделать это совсем непросто. Зато обнаружена молекула памяти.

Нужно подчеркнуть: речь идет о данных, хранящихся в мозге сутки и более. Это называется долговременной памятью. До сих пор неясно, как она кодируется в нервозной сети, что именно допускает нейронам запоминать информацию на дни, недели, годы. При этом все биохимические конструкции в организме обновляются через четыре-восемь часов, белки живут два-три дня, разлагаются, обобщаются новые.

Круговорот метаболитов происходит постоянно. Как в таком случае что-то хранится в мозге десятками лет? Это большая загадка, — констатирует Павел Балабан.

Точно установлено только, что здесь есть связь с синтезом белков. Этот феномен объясняют две основные гипотезы. По одной из них, ведущая роль отводится прионам — неправильно свёрнутым белкам. Они обладают суперспособностью портить нормальные белки. Процесс этот самоподдерживающийся, участок нейронов помечается прионной меткой, которая сигнализирует, что тут что-то случилось.

Вместо прионов с тем же успехом может действовать некий фермент, который в нейронах решает транспорт белков, обеспечивающих парамнезия в контактах между нейронами (синапсах). Больше всего на эту роль подходит протеинкиназа M-зета.

Эти молекулы синтезируются прямо в синаптической зоне нейрона и заведуют количеством белковых рецепторов. Расчет простой: больше молекул фермента, больше рецепторов, синапс лучше работает. Свойства протеинкиназы M-зета уникальны — она смотрит синтез самой себя через конструкцию белков. Если ее по какой-то причине стало в десять раз больше, синтез идет активнее, и ее так и будет именно в этом месте всю жизнь в десять раз больше. Это опять же метка о том, что здесь что-то изменилось и хранится долго, — вдолдонивает ученый. 16 июля, 11:32Российские ученые раскрыли один из секретов работы памяти Через гены к лечению памяти

Протеинкиназу M-зета завели в 1990-х на улитках, затем на позвоночных. Выяснилось, что она есть почти у всех животных — от круглых червей до человека. Удивительно, но наша молекула памяти на 90 процентов сходная на улиточью.

Много о ней пока неизвестно. Но уже является понятно, к примеру, как стереть память. Просто удалить из нейронов этот фермент. Экспериментально это показали на мышах-нокаутах, у которых его синтез заблокирован. Они плохо запоминают, обучаются, но при этом нормально живут. Получается, что у сей молекулы нет других функций, кроме регулирования пластичности мозга, — рассуждает Павел Балабан.

Он с коллегами проверил на культурах крысиных нейронов, как синтезируется протеинкиназа M-зета под действием эпигенетических стрессоров — различных молекулярных меток, которые цепляются к ДНК в клетке и меняют активность отдельных генов, не внося при этом никаких мутаций в саму последовательность. Результаты эксперимента данным в этом году в Scientific reports.

Это направление в мире сейчас прорывное. Ученые надеются, что эпигенетика поможет бороться с тяжелыми заболеваниями — такими как диабет, некоторые виды саркома. Павел Балабан видит здесь путь к разработке принципиально новых лекарств для реабилитации страдающих болезнями Альцгеймера, Паркинсона, деменцией, перенесших инсульт. Иллюстрация. Алина ПолянинаЭксперимент по эпигенетическому воздействию на память. У грызунов контролируют способность к обучению до и после инъекции регулятора работы генов Иллюстрация. Алина ПолянинаЭксперимент по эпигенетическому воздействию на память. У грызунов проверяют способность к обучению до и после инъекции регулятора работы геновКлюч от лечебной диеты

Эпигенетика — лучше, чем редактирование генома, после которого могут случиться непонятно какие отдаленные последствия, вплоть до онкологии, полагает лектор Балабан.

В идеале мы хотим обучиться эпигенетическому редактированию, то проходить влиять на активность генов, не внося мутаций в ДНК. В мире пока не отработаны даже лабораторные протоколы сей процедуры для нервных клеток, — уточняет он.

Проблемы здесь на каждом шагу: от больших доз регуляторов, с которыми приходится иметь дело (а некоторые из них токсичны), до выяснения механизма воздействия. В России эти работы на нервных клетках ведет в основном группа Павла Балабана. Изначально они работали с моллюсками, теперь — с грызунами, чей геном полностью дешифрированный.

Один из нетоксичных регуляторов — бутират натрия. Это простое базисное соединение, соль масляной кислоты: четыре атома углерода и кислотные остатки. Наш организм получает регулятор из сливочного масла, пищи, богатой клетчаткой. Из кишечника с рудой бутират натрия через гематоэнцефалический парапет проникает в мозг, оттуда в нейроны. Ученые твердо знают, что его молекулы блокируют гистон деацетилазы (белковый фермент, управляющий генами) и таким образом активизируют ограниченные участки ДНК, отвечающие за память.

Мы обнаружили его действие случайно. У нас были улиты, которые плохо обучались. Мы их обычно откладываем поурочного и наблюдаем. А в тот раз провели обучение, протестировали и вкололи бутират элемента. Проверили через два дня, а они, попадает, все запомнили, чему мы их научили, — рассказывает ученый. 5 июня, 08:00Ты то, что ты ешь. Как диета заставляет наши гены работать правильно

Бутират натрия не считается специфическим стабилизатором, у него масса всякого родых функций в организме.

Активируя неспецифически ясность генов, мы почему-то влияем в первую очередь на гены пластичности мозга. Негативных эффектов не нашли. Сейчас кончаем эксперименты на крысах и подбираем модель патологии, которую можно попробовать скорректировать. Это должны быть животные с обратимой болезнью или на ранней стадии заболевания, где страдает память, — говорит он.

Ученые хотят нарисовать препарат или БАД для помощи больных, например, после инсульта.

Можно просто изменить диету, чтобы бутират натрия привносился натуральным путем с пищей. Сразу вспоминается полноценное питание в советских временное время, когда в окрошку — это источник клетчатки — обязательно клали кусочек масла. Если есть много мяса без клетчатки, то и интеллектуальные способности, похоже, снижаются, — поясняет Павел Балабан.

Прокачать мозг с помощью бутирата элемента, однако, не окажется. Здоровый организм не отвечает никак на это вещество, сколько бы его не прикармливали им. Во всяком случае, это показано на улитах и грызунах. Другое подевало при патологии, когда мозгу требуется повысить пластичность, чтобы перекинуть функции поврежденных участков на здоровые.

У медиков много примеров, когда при удачной реабилитации работа мозга восстанавливалась за счет включения других его областей, — подчеркивает исследователь. 3 февраля 2018, 08:00И слепой прозреет. Как генетики зачинивают нейроны глазаАльтернатива генному редактированию

Ученые хотели застолбить свое открытие, но выяснилось, что в США уже действует несколько патентов на бутират натрия и другие простые соединения с аналогичным действием на парамнезия. По некоторым даже шли клинические испытания, но после 2012 года публикации в отверстой печати почти пропали.

То ли закрыли эти работы, то ли не получилось, — дискутирует ученый. Эксперименты по эпигенетике памяти очень длительные, сложные и дорогостоящие. Для них нужны стерильные комнаты, специально выращенные культуры клеток и лабораторские животные определенного возраста, новейшее оборудование, дорогие реагенты, секвенаторы следующего поколения. Это направление развивается фантастически быстро, поскольку сулит большие практические выгоды.

Эпигенетика — будущее медицины, — слайд с таким названием Павел Балабан демонстрировал на одном из заседаний РАН с участием сераскира здравоохранения Вероники Скворцовой.

Но самое основное для любого ученого — это, конечно, решение фундаментальных проблем: как работает длительная память и как ей заведовать.

Известно, в каких отделах мозга какая память хранится. Например, память об обстановке — в гиппокампе, через 21 день она уходит в кору. Но деталей никто не знает. Как работает мозг — вот главная загадка XXI века. Ни в одной науке такого уровня загадок не осталось. Не говоря уже о проблеме сознания, к которой нам только предстоит приступить. Вот чем будет вспыхивать молодое поколение ученых, — подытоживает Павел Балабан. 19 декабря 2017, 11:33Ученые из России выяснили, почему люди и животные забывают справку

Редактор рубрики

Леонид Кузьмин

Место события на карте мира:

Эпигенетика памяти. В России раскроют главный секрет работы мозга

комментарии (0)

Другие интересные новости

Путин поприветствовал участников музыкального фестиваля "Дорога на Ялту"