Ученые нашли молекулу, улучшающую память

Исследуя ответ клеток на биологический стресс, ученые из Калифорнийского Университета в Сан Франциско (UCSF San Francisco, США) обнаружили молекулу, которая при введении ее в организм мышей заметно улучшала их память. Возможно, однажды ученые смогут улучшить память человека, воздействуя на аналогичный сигнальный путь в его организме. С результатами исследования можно ознакомиться он-лайн в журнале eLife.

Результаты экспериментов, проведенных специалистами из UCSF, показали, что мыши, в организм которых ввели усиливающее память вещество, смогли в три раза быстрее переместить погруженную в воду площадку, чем мыши, которым ввели плацебо. Мыши из экспериментальной группы также лучше запоминали сигналы, ассоциированные с воздействием неприятных стимулов, что может помочь животным избегать нападения хищников.

По мнению руководителя исследования Питера Вальтера (Peter Walter), профессора биохимии и биофизики из UCSF, полученные результаты говорят о том, что, несмотря на наличие у животных лучшего биохимического механизма, позволяющего усилить память, эволюционное развитие, вероятно, пошло в другом направлении.

«Похоже, что во время эволюционного развития процесс консолидации памяти не был оптимизирован, в противном случае, по-моему мнению, во время экспериментов мы бы не смогли улучшить память у здоровых мышей», – говорит Вальтер.

Усиливающее память химическое соединение было выделено среди 100 тыс. химических веществ, протестированных в Центре Исследований Мельчайших Молекул (Small Molecule Discovery Center, США) при UCSF. Исследуя ответ клеток на биологический стресс, ученые из UCSF искали молекулу, способную ингибировать в клетках биохимический сигнальный путь, активирующийся при нарушении процесса фолдинга белков.

Однако, Кармела Сидрауски (Carmela Sidrauski) из UCSF обнаружила, что выбранное химическое соединение действует уровнем выше биохимического сигнального пути, активирующего ответ клетки на неправильно сложенные белки: оно может инактивировать не только этот путь, но целую группу путей, связанных с реакцией организма на стресс. Ключевым белком многих биохимических путей, активирующихся в ответ на биологический стресс, служит эукариотический фактор инициации-2-альфа (еukaryotic initiation factor-2α, eIF2α).

Ученые установили, что в организмах с различной организацией (от дрожжей до человека) разные типы стресса, возникающие в клетке – накопление неправильно сложенных белков, повреждающее действие ультрафиолетового облучения, сокращение количества аминокислот, необходимых для синтеза белков, вирусная инфекция, дефицит железа – активируют разные ферменты, блокирующие активность белка eIF2α.

По мнению Вальтера, инактивация белка eIF2α тормозит процесс консолидации памяти, что, возможно, является эволюционным следствием того, что клетка или организм приспособились к окружающей среде другими способами.

По словам ученого, блокирование белка eIF2α тормозит синтез в клетке большинства белков, некоторые из которых необходимы для формирования памяти. Но его инактивация также необходима для продукции нескольких ключевых белков, помогающих клетке противостоять стрессу.

Результаты предыдущих генетических исследований на мышах, проведенных Нахумом Соненбергом (Nahum Sonenberg) из Университета МакГилла (McGill University, Канада), одним из соавторов нового исследования, выявили ассоциативную взаимосвязь между памятью и молекулой eIF2α. В этом исследовании сотрудники лаборатории Соненберга проводили эксперименты, оценивающие память животных.

Химическое соединение, выявленное учеными из UCSF, называется ISRIB, и является ингибитором ответа организма на стресс. Результаты исследования подтверждают, что молекула ISRIB противодействует инактивации белка eIF2α в клетке.

«Молекула ISRIB обладает хорошими фармакокинетическими свойствами (абсорбируемостью, распространением и выведением из организма), легко преодолевает гематоэнцефалический барьер, не проявляет токсических свойств при тестировании на мышах, что превращает ее в полезный объект для исследований на этих животных», – говорит Вальтер. По его мнению, описанные свойства позволяют использовать молекулу ISRIB при разработке новых лекарственных препаратов.

Сейчас Вальтер ищет ученых, с которыми сможет начать совместные исследования познавательных способностей и памяти на моделях нейродегенеративных заболеваний на мышах, во время которых планируется применять молекулу ISRIB и близкородственные ей молекулы.

По мнению Вальтера, такие химические соединения, как молекула ISRIB, могут также использоваться при борьбе с раком, который использует стресс организма для роста злокачественных клеток. Основываясь на результатах предыдущих исследований, Вальтер уже ищет способы воздействовать биохимический сигнальный путь, активирующийся при нарушении процесса фолдинга белков, с целью ингибирования роста опухоли.

Теперь Вальтер и другие ученые смогут использовать молекулу ISRIB для изучения роли ответа организма на накопление неправильно сложенных белков в норме и при различных патологически состояниях.

По материалам University of California, San Francisco (UCSF)

Оригинальная статья:
C. Sidrauski, D. Acosta-Alvear, A. Khoutorsky, P. Vedantham, B. R. Hearn, H. Li, K. Gamache, C. M. Gallagher, K. K.-H. Ang, C. Wilson, V. Okreglak, A. Ashkenazi, B. Hann, K. Nader, M. R. Arkin, A. R. Renslo, N. Sonenberg, P. Walter. Pharmacological brake-release of mRNA translation enhances cognitive memory. eLife, 2013; 2 (0): e00498 DOI: 10.7554/eLife.00498#sthash.ev68BZ7D.dpuf