Улучшение памяти и умственных способностей с помощью генетической модификации

Повышение экспрессии гена, продукт которого играет ключевую роль в коммуникации нервных клеток, приводит к улучшению памяти и умственных способностей экспериментальных животных. Об этом сообщила международная научная группа из Medical College of Georgia (США) и East China Normal University (Китай).

Исследователи назвали новую генетически модифицированную (трансгенную) линию крыс «Хобби-Джи» (Hobbie-J) в честь умной крысы – героини популярного китайского комикса. Трансгенные крысы были способны помнить новые объекты (например, игрушки, с которыми им давали играть) в три раза дольше, чем крысы линии Long Evans, считающиеся самыми умными из всех животных этого вида. Именно крысы линии Long Evans и стали объектом генетической модификации в эксперименте. Также Хобби-Джи гораздо лучше справлялись со сложными заданиями, например, с запоминанием пути в лабиринте, где они должны были найти кусочек шоколада.

Результаты этой работы опубликованы спустя десять лет после того, как в журнале Nature эта же группа исследователей сообщила о выведении линии мышей Doogie, у которых происходила повышенная экспрессия гена NR2B в гиппокампе – центре памяти и обучения в мозге млекопитающих, страдающем при нейродегенеративных заболеваниях, подобных болезни Альцгеймера. Трансгенные крысы линии Хобби-Джи по своим характеристикам оказались очень близки линии мышей Doogie, причем обе эти линии сохраняли замечательную память не только в молодом возрасте, но и в процессе старения.

«Это служит очередным доказательством того, что ген NR2B и его продукт являются универсальным звеном, необходимым для формирования памяти», говорит доктор Джо З. Тсьен (Joe Z. Tsien), один из директоров MCG Brain & Behavior Discovery Institute и ведущих авторов исследования.


Джо З. Тсьен (Joe Z. Tsien), один из руководителей исследований в области генетических основ памяти.

Открытие также указывает на NR2B как на мишень для лекарственных препаратов, предназначенных для улучшения памяти как здоровых людей, так и пациентов, страдающих нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и легкие формы деменции.

Белок NR2B относится к семейству рецепторов NMBA, представляющих собой крохотные управляемые поры во внешней мембране нейрона, сквозь которые проходят заряженные ионы, необходимые для коммуникации нервных клеток друг с другом. Доктор Тсьен называет NR2B «ювенильной» формой рецептора, поскольку, объясняет ученый, в процессе взросления количество рецепторов NR2B на мембранах нервных клеток снижается, и они уступают место другой форме рецептора – NR2A.

По-сравнению с NR2A, пора, формируемая NR2B в мембране, при открытии остается в таком состоянии примерно на сто миллисекунд дольше, позволяя заряженным ионами перемещаться из окружающей среды в клетку и обратно более активно. Этого оказывается достаточно, чтобы существенно улучшить способность к обучению и память. Именно в этом, как считает доктор Тсьен, и кроется причина того, что молодые люди гораздо способнее в обучении, чем пожилые. Конфигурация рецептора определяет время, в течение которого «дверь между нейронами будет оставаться открытой, а также лимитирует скорость обмена информацией».

Крысы линии Хобби-Джи превосходили нормальных крыс линии Long Evans не только в сравнительно простых, но и в очень сложных тестах, требующих от животного ассоциативного мышления. Однако и для «супер-крыс» существовали свои пределы. Например, в тесте, где животным предлагалось выбрать путь к кусочку шоколада в лабиринте: животные обеих линий справлялись с повторным заданием, если после выполнения первого прошла всего одна минута, после трех минут правильный путь помнили только крысы Хобби-Джи, а через пять минут крысы обеих линий забывали задание. «Мы никогда не сделаем из них математиков. Несмотря ни на что, они всего лишь крысы», говорит доктор Тсьен, отмечая, что, когда дело касается действительно сложных задач, размеры мозга имеют значение.


Крыса линии Хобби-Джи

Это одна из причин, по которой ученые хотят продолжить исследования в данной области: чтобы увидеть, насколько повышенная продукция NR2B у более высокоразвитых организмов, таких как собаки и, возможно, в будущем люди, влияет на мыслительные способности. Также доктор Тсьен и его коллеги начинают исследования, направленные на выяснение того, можно ли с помощью магния – минерального компонента, содержащегося в орехах, бобах и зеленых овощах, таких как шпинат – повторить результаты, полученные посредством генетической модификации NR2B. Магний блокирует NMDA рецепторы, в результате чего клетка начинает активно продуцировать более эффективный рецептор NR2B, чтобы скомпенсировать потери электрических импульсов.

Линии Хобби-Джи и Doogie, как показали исследователи, можно также получить с помощью другой генетической модификации, усилив экспрессию CaMKII – распространенного белка-активатора рецепторов NMDA. В октябре 2008 года в журнале Neuron появилось сообщение о том, что с помощью модификаций CaMKII можно как стирать, так и возвращать воспоминания.

«Мы должны понять, насколько универсален этот механизм, - говорит доктор Тсьен, рассуждая о связи улучшения памяти с усилением продукции NR2B, - результаты, полученные на изолированной линии клеток или на животных, нельзя так просто приложить к другим живым системам, пока не будут проведены соответствующие эксперименты». Он добавляет, что провалы новых лекарственных препаратов и другие разочарования проистекают именно из недостатка научных доказательств.

Оригинальная статья: Wang et al. Genetic Enhancement of Memory and Long-Term Potentiation but Not CA1 Long-Term Depression in NR2B Transgenic Rats. PLoS ONE, 2009; 4 (10): e7486 DOI: 10.1371/journal.pone.0007486

По материалам:
Medical College of Georgia