Молекулярный «переключатель» памяти

Процессы обучения и запоминания основываются на изменении характера межнейронных связей и образовании новых связей между нейронами в головном мозге. Разные виды зависимости, например, никотиновая зависимость, также обязаны своим существованием долговременным межнейронным связям, и могут с этой точки зрения рассматриваться как одна из форм обучения. Научная группа под руководством профессора Пьера-Луиджи Никотера (Pier-Luigi Nicotera), директора по науке Немецкого Центра Изучения Нейродегенеративных Заболеваний (German Center for Neurodegenerative Diseases (DZNE), показала, каким именно образом происходит «включение» процесса запоминания в головном мозге. Результаты исследования были опубликованы в журнале EMBO Journal.

Нервные импульсы передаются от одного нейрона к другому в виде сложных химических соединений, или так называемых нейротрансмиттеров. Передача сигнала при помощи различных нейротрансмиттеров – первый необходимый шаг в процессе сохранения информации в головном мозге. Она запускает целый ряд молекулярных событий, которые в конце концов приводят к формированию новых устойчивых связей между нервными клетками и, таким образом, к консолидации памяти. К формированию новых межнейронных связей могут привести также и некоторые вещества, такие, например, как кокаин или никотин.

Важнейшим этапом в формировании новых межнейронных соединений является повышение в нервных клетках концентрации ионов кальция в ответ на действие нейротрансмиттеров. Также, например, никотин и кокаин приводят к локальному повышению концентрации ионов кальция в области межнейронного контакта, или синапса. До и после повышения концентрации ионов кальция происходит активация экспрессии некоторых генов в ядре нервной клетки, и синтезируются белки, модулирующие синаптическую проводимость и изменяющие характер сигналов, которыми обмениваются нервные клетки. Ранее считалось, что повышение концентрации ионов кальция в клетке никак не связано с изменением экспрессии генов, однако в новом исследовании было показано, что это не так. Более того, удалось доказать, что именно белки, синтезирующиеся в клетке непосредственно перед повышением концентрации ионов кальция, изменяют характер межнейронных связей в ответ на повторное воздействие никотина или кокаина.

Исследователи обнаружили, что воздействие на мышей никотином приводит к экспрессии в их нервных клетках гена рианодинового рецептора 2 типа (RyR2). Рианодиновые рецепторы задействованы в высвобождении ионов кальция из его внутриклеточного депо – органеллы под называнием [url=http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Эндоплазматическая%20сеть/]эндоплазматическая сеть[/url] или эндоплазматический ретикулум. При этом, чем больше высвобождается в цитоплазму клетки ионов кальция, тем больше синтезируется рианодиновых рецепторов 2 типа, и процесс активирует сам себя по механизму положительной обратной связи. Длительное повышение концентрации ионов кальция в клетке вызывает изменения, обеспечивающие стабильное закрепление реакции на стимул. Рецепторы RyR2 присутствуют только в определенных структурах мозга, ассоциированных с мышлением и обучением, что свидетельствует об их важной роли в функциях этих структур. Это предположение нашло свое подтверждение в следующем эксперименте, в котором авторы показали, что специфическое блокирование RyR2 приводит к нарушениям поведения экспериментальных животных, потере ими способности к обучению и развитию зависимостей.

Эти результаты представляют собой важнейший шаг на пути к пониманию молекулярных процессов, лежащих в основе запоминания и формирования зависимостей. Исследователи надеются, что в будущем станет возможно разработать методы терапии, препятствующие потере памяти при нейродегенеративных заболеваниях, а также эффективное лечение различного рода зависимостей.

По материалам:
Helmholtz Association of German Research Centres

Оригинальная статья:
Elena Ziviani, Giordano Lippi, Daniele Bano, Eliana Munarriz, Stefania Guiducci, Michele Zoli, Kenneth W Young and Pierluigi Nicotera. Ryanodine receptor-2 upregulation and nicotine-mediated plasticity. EMBO Journal, November 26, 2010