Мозг «ломает» ДНК, чтобы запоминать информацию 

Когда формируется долговременная память, некоторые клетки мозга испытывают настолько сильный прилив электрической активности, что это разрывает их ДНК. Затем начинается воспалительная реакция, восстанавливающая эти повреждения и помогающая закрепить память, показывает исследование на мышах, пишет Nature.

Обычно разрывы обеих нитей двойной спирали молекулы ДНК связаны с заболеваниями, включая рак. Но в данном случае цикл повреждения и восстановления ДНК предлагает одно из объяснений того, как могут формироваться и сохраняться воспоминания.

Это не первый случай, когда повреждение ДНК связали с памятью. В 2021 году Ли-Хуэй Цай, нейробиолог из Массачусетского технологического института в Кембридже и ее коллеги показали, что двухцепочечные разрывы ДНК широко распространены в мозге, и связали их с обучением.

Чтобы лучше понять роль, которую эти разрывы ДНК играют в формировании памяти, команда Елены Радулович, нейробиолога из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке, научила мышей ассоциировать небольшой электрический шок с новой средой, чтобы, когда животных снова поместят в эту среду, они «помнили» полученный опыт и проявляли признаки страха, например, замирали. 

Затем исследователи изучили активность генов в нейронах гиппокампа. Некоторые гены, ответственные за воспаление, были активны в ряде нейронов через четыре дня после тренировки.  Через три недели после тренировки те же гены были гораздо менее активны.

Причиной воспаления стал белок TLR9, который запускает иммунный ответ на фрагменты ДНК, плавающие внутри клеток. По словам Радулович, эта воспалительная реакция аналогична той, которую используют иммунные клетки, когда они защищаются от генетического материала патогенов.  Однако в этом случае нервные клетки реагировали не на захватчиков, а на собственную ДНК, обнаружили исследователи.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Почему у людей нет хвостов? Ученые нашли ответ в механизме ДНК

TLR9 был наиболее активен в подмножестве нейронов гиппокампа, в которых разрывы ДНК сопротивлялись восстановлению. В этих клетках механизм восстановления ДНК накапливается в органелле, называемой центросомой, которая часто связана с клеточным делением и дифференцировкой. Однако зрелые нейроны не делятся, говорит Радулович, поэтому удивительно видеть, что центросомы участвуют в репарации ДНК.  Она задается вопросом, формируются ли воспоминания посредством механизма, аналогичного тому, как иммунные клетки настраиваются на посторонние вещества, с которыми они сталкиваются.  Другими словами, во время циклов повреждения и восстановления нейроны могут кодировать информацию о событии формирования памяти, которое вызвало разрывы ДНК.

Когда исследователи удалили у мышей ген, кодирующий белок TLR9, у животных возникли проблемы с вспоминанием старой информации о своих тренировках: они гораздо реже замирали, когда их помещали в среду, где их ранее подвергали электрошоку, чем мыши, у которых ген не был поврежденным.  

Эти результаты позволяют предположить, что «мы используем нашу собственную ДНК в качестве сигнальной системы», чтобы «сохранять информацию в течение длительного времени», говорит Радулович.

Ранее мы писали о том, что изменения климата, отчасти вызванные нефтегазовой промышленностью, не просто формируют нашу среду, но и приводят к ощутимым изменениям в нашем мозге.