Мозок «ламає» ДНК, щоб запам'ятовувати інформацію

Коли формується довготривала пам'ять, деякі клітини мозку зазнають настільки сильного припливу електричної активності, що це розриває їхні ДНК. Потім починається запальна реакція, яка відновлює ці пошкодження і допомагає закріпити пам'ять, показує дослідження на мишах, пише Nature.

Зазвичай розриви обох ниток подвійної спіралі молекули ДНК пов'язані із захворюваннями, включно з раком. Але в даному випадку цикл пошкодження та відновлення ДНК пропонує одне з пояснень того, як можуть формуватися та зберігатися спогади.

Це не перший випадок, коли пошкодження ДНК пов'язали з пам'яттю. У 2021 році Лі-Хуей Цай, нейробіолог з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі та її колеги показали, що дволанцюжкові розриви ДНК широко поширені в мозку, і пов'язали їх із навчанням.

Щоб краще зрозуміти роль, яку ці розриви ДНК відіграють у формуванні пам'яті, команда Олени Радулович, нейробіолога з Медичного коледжу Альберта Ейнштейна в Нью-Йорку, навчила мишей асоціювати невеликий електричний шок із новим середовищем, щоб, коли тварин знову помістять у це середовище, вони «пам'ятали» отриманий досвід і виявляли ознаки страху, наприклад, завмирали.

Потім дослідники вивчили активність генів у нейронах гіпокампу. Деякі гени, відповідальні за запалення, були активні у низці нейронів через чотири дні після тренування. Через три тижні після тренування ті ж гени були набагато менш активними.

Причиною запалення став білок TLR9, який запускає імунну відповідь на фрагменти ДНК, що плавають усередині клітин. За словами Радулович, ця запальна реакція аналогічна тій, яку використовують імунні клітини, коли вони захищаються від генетичного матеріалу патогенів. Однак у цьому випадку нервові клітини реагували не на загарбників, а на власну ДНК, виявили дослідники.

ВАС ЗАЦІКАВИТЬ

Чому у людей немає хвостів? Вчені знайшли відповідь у механізмі ДНК

TLR9 був найбільш активний у підмножині нейронів гіпокампу, в яких розриви ДНК чинили опір відновленню. У цих клітинах механізм відновлення ДНК накопичується в органелі, яка називається центросомою, яка часто пов'язана з клітинним розподілом і диференціюванням. Проте зрілі нейрони не діляться, каже Радулович, тому дивно бачити, що центросоми беруть участь у репарації ДНК. Їїї цікавить питання, чи формуються спогади за допомогою механізму, аналогічного тому, як імунні клітини налаштовуються на сторонні речовини, з якими вони стикаються. Іншими словами, під час циклів пошкодження та відновлення нейрони можуть кодувати інформацію про подію формування пам'яті, що спричинило розриви ДНК.

Коли дослідники видалили у мишей ген, що кодує білок TLR9, у тварин виникли проблеми зі згадуванням старої інформації про свої тренування: вони набагато рідше завмирали, коли їх поміщали в середовище, де їх раніше піддавали електрошоку, ніж миші, у яких ген не був пошкодженим.

Ці результати дозволяють припустити, що «ми використовуємо нашу власну ДНК як сигнальну систему», щоб «зберігати інформацію протягом тривалого часу», каже Радулович.

Раніше ми писали про те, що зміни клімату, частково спричинені нафтогазовою промисловістю, не просто формують наше середовище, а й призводять до відчутних змін у нашому мозку.